Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
В лесу слизевик питается бактериями и грибными спорами. Он тянет свои нити по бревнам и поверхности почвы, пока не найдет добычу. Заползая на жертву, физарум выделяет ферменты, разрушающие клетки, и поглощает продукты распада. По словам Гарнье, «это ползучий желудок».
Когда Рэй оживил для меня своего слизевика, тот начал искать пищу, но искать было нечего – еды не дали. Чтобы показать мне, как слизевик находит себе очередной обед, Субаш приступил к новому эксперименту. Он поместил на агар три бледных комочка овсянки, расположив их треугольником.
«Умеете варить кашу – сумеете и слизевиков выращивать», – сказал Рэй. Я огляделся и увидел на лабораторных полках ряды банок с овсяными хлопьями Quaker Oats. Квакеры смотрели на ученых свысока, сияя жизнерадостными улыбками колониального периода.
«Они предпочитают старые марки», – сказал Гарнье. «Они» подразумевало слизевиков. Точнее, они предпочитают бактерий, растущих на старых марках хлопьев[135]. Еда стерильной не бывает.
Рэй перенес каплю живого физарума в середину чашки Петри. Слизевик не видел комочков каши. Но он ощущал сахара и другие молекулы, распространявшиеся от пищи по агару. Как только нити слизевика потянулись в стороны, белки на их поверхности уловили сигналы от еды. Затем слизевик воспользовался набором простых правил поиска пищи.
Перемещаясь, каждая нить сравнивала концентрацию молекул в различных точках своей траектории. Если концентрация падала, слизевик больше не вытягивал нити-щупальца в этом направлении. Если она росла, он целеустремленно продолжал поиски. Через несколько часов после того, как Рэй оставил слизевика посреди чашки, его нити добрались до всех трех комочков. Они оплели овсянку, которая из серой стала золотистой.
Слизевики не обладают мозгом, посылающим команды, поэтому, изучая их, нам удалось узнать, что способность живого принимать решения может возникнуть просто вследствие законов биохимии. Ученые открыли целый свод изящных правил, обеспечивающих слизевикам успех. Чтобы показать мне даже более удивительную способность физарума, Рэй воспроизвел эксперимент, который в 2012 г. поставил один из бывших учеников Гарнье. Он загнал слизевика в тупик.
Соорудить засаду было достаточно просто. Ножницами Рэй вырезал из ацетатной пленки кусочек вот такой формы с четкими углами: |_|. И поместил его в чашку. Слизевики умеют расползаться только по влажным поверхностям, а значит, сухая ацетатная пленка так же непреодолима для них, как высокая кирпичная стена.
Затем Рэй поместил физарума у открытого конца ловушки. На противоположную сторону чашки он капнул раствором сахара. Приманку отделяла от слизевика преграда из ацетатной пленки, но сироп протекал под ней, разливаясь по всему агару, дразня слизевика своим ароматом, заманивая его в ловушку.
На следующий день, когда мы пришли навестить физарума, он уже выбрался из тупика. Просматривая отснятое за ночь видео, я чувствовал себя надзирателем, расследующим побег заключенного из тюрьмы. Слизевик заполз по сахарному следу в ловушку и наткнулся на ацетатную преграду. Но отнюдь не бросил поиски. Он выпустил нити в обе стороны. Ответвления слева в конце концов добрались до края преграды и обогнули его, покинув ловушку, – после чего потянулись вдоль внешней стороны ацетатной пленки, устремившись к сахару.
Слизевики умудряются выбираться из подобных тупиков, используя память, для которой не нужен мозг. Они постоянно выпускают пытливые нити-щупальца, и те, которые не чувствуют усиления пищевых сигналов, втягиваются обратно. Отступая, щупальца оставляют за собой слизистую пленку. Слизевик улавливает собственные следы и направляет новые ответвления подальше от них. Эта внешняя память позволяет физаруму искать обходные пути в своем стремлении к сахару. Вместо того чтобы биться своим многоголовым телом об ацетатную стену, он выбирается из тупика и исследует новые пути к пище. Нам для запоминания нужен мозг, но у слизевика нет этого органа. Он хранит запись своего опыта во внешнем мире.
Решают физарумы и гораздо более сложные задачи. В частности, исследователь Тошиюки Накагаки с коллегами обнаружил, что слизевики умеют отыскивать кратчайшую дорогу к выходу из лабиринта. Он создал подобную конструкцию, вырезав проходы в листе пластика, и положил ее на агаровую подложку. У одного из входов в лабиринт экспериментаторы поместили слизевика, снабдив его овсяными хлопьями, а у другого входа – еще немного хлопьев. Слизевик выпустил новые щупальца в коварную конструкцию, исследуя все возможные пути. Как только он обнаружил хлопья у другого входа, он стал кормиться обеими порциями одновременно, параллельно убирая ответвления из тупиков лабиринта. В конце концов слизевик обратился в единственное линейное щупальце, прочертившее путь через «головоломку». Накагаки сделал проходы в лабиринте так, чтобы у слизевика было четыре возможных маршрута к пище. В итоге, как он обнаружил, слизевик всегда следовал кратчайшим путем.
Некоторые ученые дают слизевикам задания, имеющие более непосредственное отношение к их естественной среде обитания в лесной подстилке. В природе слизевикам не встречается пища у двух концов лабиринта. Зато там им могут встретиться источники пищи, разбросанные по стволу дерева. Кормясь из всех одновременно, слизевик сможет быстрее расти. Но, чтобы дотянуться до всей пищи сразу, ему придется заплатить метаболическую цену, вытягивая нити. Если перестараться, энергии на это уйдет больше, чем даст пища.
Оказывается, слизевики отлично умеют справляться с подобными проблемами: они определяют кратчайший путь к нескольким порциям пищи одновременно. Накагаки и другие специалисты с помощью экспериментов пытались понять, как слизевики осуществляют столь сложный выбор. Они разбросали в разных местах чашки Петри овсяные хлопья и наблюдали, как физарум решает задачу. Он не стал вытягиваться в единую ломаную линию, а образовал сеть прямых отрезков, связавших между собой овсяные хлопья кратчайшими возможными расстояниями. В одном из опытов ученые воспроизвели карту США, разместив хлопья на местах крупнейших городов. Сеть, построенная слизевиком, удивительно напоминала систему федеральных автотрасс. Слизевики воспроизвели и структуру токийского метрополитена, и транспортную сеть Канады. Математиков должно обескураживать, что физарум умеет решать задачи подобного типа за несколько дней. Люди-то бьются над ними столетиями.
Еще одна задача, занимающая умы вот уже нескольких поколений математиков, – так называемая проблема рюкзака. Представьте себе, что вы собираетесь в поход и решаете, что положить в рюкзак. Вы можете выбирать из множества разнообразных предметов, более или менее полезных в походе. Но нужно также учесть вес вещей: из-за него нельзя нагружать рюкзак бесконечно. Уместно сунуть в рюкзак колоду карт, чтобы скоротать дождливое утро в горах за игрой в покер. Но вы вряд ли положите туда пудовый набор резных шахмат из стеатита только потому, что вам может стать
