Inteligencja drobnoustrojów

Inteligencja drobnoustrojów (znana jako inteligencja bakteryjna ) to inteligencja wykazywana przez mikroorganizmy . Koncepcja obejmuje złożone zachowania adaptacyjne wykazywane przez pojedyncze komórki oraz altruistyczne lub kooperacyjne zachowania w populacjach podobnych lub niepodobnych komórek, w których pośredniczy sygnalizacja chemiczna, która indukuje fizjologiczne lub behawioralne zmiany w komórkach i wpływa na struktury kolonii.

Złożone komórki, takie jak pierwotniaki czy algi , wykazują niezwykłe zdolności do organizowania się w zmieniających się okolicznościach. Budowanie muszli przez ameby ujawnia złożone umiejętności rozróżniania i manipulacji, które zwykle występują tylko w organizmach wielokomórkowych.

Nawet bakterie mogą wykazywać więcej zachowań jako populacja. Zachowania te występują w populacjach jednego gatunku lub w populacjach mieszanych gatunków. Przykładami są kolonie lub roje myksobakterii , quorum sensing i biofilmy .

Sugerowano, że kolonia bakteryjna luźno naśladuje biologiczną sieć neuronową . Bakterie mogą przyjmować sygnały wejściowe w postaci sygnałów chemicznych, przetwarzać je, a następnie wytwarzać wyjściowe chemikalia, aby zasygnalizować innym bakteriom w kolonii.

Komunikacja i samoorganizacja bakterii w kontekście teorii sieci została zbadana przez grupę badawczą Eshel Ben-Jacob z Uniwersytetu w Tel Awiwie, która opracowała fraktalny model kolonii bakteryjnej i zidentyfikowała wzorce językowe i społeczne w cyklu życia kolonii.

Przykłady inteligencji mikrobiologicznej

Bakteryjny

  • Biofilmy bakteryjne mogą powstawać w wyniku zbiorowego zachowania tysięcy lub milionów komórek
  • Biofilmy utworzone przez Bacillus subtilis mogą wykorzystywać sygnały elektryczne (transmisja jonów) do synchronizacji wzrostu, tak aby najgłębsze komórki biofilmu nie umierały z głodu.
  • W warunkach stresu żywieniowego kolonie bakterii mogą organizować się w taki sposób, aby zmaksymalizować dostępność składników odżywczych.
  • Bakterie reorganizują się pod wpływem stresu antybiotykowego .
  • Bakterie mogą wymieniać geny (takie jak geny kodujące oporność na antybiotyki ) między członkami kolonii mieszanych gatunków.
  • Poszczególne komórki myksobakterii koordynują się, tworząc złożone struktury lub poruszając się jako jednostki społeczne. Myksobakterie poruszają się i żerują wspólnie w grupach drapieżników, zwanych rojami lub stadami wilków, z wieloma formami sygnalizacji i kilkoma polisacharydami, które odgrywają ważną rolę.
  • Populacje bakterii wykorzystują kworum do oceny własnego zagęszczenia i odpowiedniej zmiany swojego zachowania. Dzieje się tak podczas tworzenia biofilmów, procesów chorób zakaźnych i lekkich narządów kałamarnic bobtail .
  • Aby jakakolwiek bakteria mogła wejść do komórki gospodarza, komórka musi zawierać receptory, do których bakterie mogą przylegać i być w stanie wejść do komórki. Niektóre szczepy E. coli są zdolne do internalizacji do komórki gospodarza nawet bez obecności określonych receptorów, ponieważ przynoszą własny receptor, do którego następnie przyłączają się i wchodzą do komórki.
  • W przypadku ograniczenia składników odżywczych niektóre bakterie przekształcają się w endospory , które są odporne na ciepło i odwodnienie.
  • Ogromna gama mikroorganizmów ma zdolność przezwyciężenia rozpoznania przez układ odpornościowy, zmieniając swoje antygeny powierzchniowe, tak że wszelkie mechanizmy obronne skierowane przeciwko wcześniej obecnym antygenom są teraz bezużyteczne w przypadku nowo eksprymowanych antygenów.
  • W kwietniu 2020 roku zgłoszono, że zbiorowiska bakterii mają formę pamięci roboczej opartą na potencjale błonowym . Kiedy naukowcy skierowali światło na biofilm bakterii, odciski optyczne utrzymywały się przez wiele godzin po początkowym bodźcu, ponieważ wystawione na światło komórki różnie reagowały na oscylacje potencjałów błonowych z powodu zmian w ich kanałach potasowych .

protisty

  • Poszczególne komórki komórkowych śluzowców koordynują się, tworząc złożone struktury lub poruszają się jako jednostki wielokomórkowe. Biolog John Bonner zwrócił uwagę, że chociaż śluzowce to „nie więcej niż worek ameb zamkniętych w cienkiej śluzowej osłonce, potrafią zachowywać się tak samo, jak zwierzęta posiadające mięśnie i nerwy ze zwojami – to znaczy: proste mózgi”.
  • Jednokomórkowy orzęsek Stentor roeselii wyraża rodzaj „hierarchii behawioralnej” i może „zmienić zdanie”, jeśli jego reakcja na czynnik drażniący nie złagodzi czynnika drażniącego, co sugeruje bardzo spekulatywne poczucie „poznania”.
  • Paramecium , w szczególności P. caudatum , jest w stanie nauczyć się kojarzyć intensywne światło z bodźcami, takimi jak wstrząsy elektryczne w swoim środowisku pływackim; chociaż wydaje się, że nie jest w stanie skojarzyć ciemności z wstrząsami elektrycznymi.
  • Orzęskowy pierwotniak Tetrahymena ma zdolność „zapamiętywania” geometrii swojego obszaru pływania. Komórki, które zostały rozdzielone i zamknięte w kropli wody, rekapitulowały okrągłe trajektorie pływania po uwolnieniu. Może to wynikać głównie ze wzrostu wewnątrzkomórkowego wapnia.

Aplikacje

Optymalizacja kolonii bakteryjnych

Optymalizacja kolonii bakteryjnych to algorytm stosowany w obliczeniach ewolucyjnych . Algorytm opiera się na modelu cyklu życia, który symuluje niektóre typowe zachowania E. coli podczas całego cyklu życia, w tym chemotaksję, komunikację, eliminację, reprodukcję i migrację.

Obliczanie śluzu

Obwody logiczne można budować za pomocą śluzowców. Eksperymenty z systemami rozproszonymi wykorzystały je do przybliżenia wykresów autostrad. Śluzowiec Physarum polycephalum jest w stanie rozwiązać problem komiwojażera , test kombinatoryczny o wykładniczo rosnącej złożoności, w czasie liniowym .

Ekologia gleby

Inteligencję społeczności drobnoustrojów można znaleźć w ekosystemach glebowych w postaci interakcji adaptacyjnych zachowań i metabolizmów. Według Ferreiry i wsp. „Mikroflora glebowa ma swoją własną, unikalną zdolność do regeneracji po zmianach i przystosowania się do obecnego stanu […] [Ta] zdolność do odbudowy po zmianach i przystosowania się do obecnego stanu poprzez altruistyczne, współpracujące a współwystępujące zachowanie jest uważane za kluczowy atrybut inteligencji społeczności drobnoustrojów”.

Wiele bakterii wykazujących złożone zachowania lub koordynację jest silnie obecnych w glebie w postaci biofilmów. Mikrodrapieżniki zamieszkujące glebę, w tym społeczne bakterie drapieżne, mają znaczący wpływ na jej ekologię. Różnorodność biologiczna gleby, zarządzana częściowo przez te mikrodrapieżniki, ma istotne znaczenie dla obiegu węgla i funkcjonowania ekosystemu.

Skomplikowana interakcja drobnoustrojów w glebie została zaproponowana jako potencjalny pochłaniacz dwutlenku węgla . Sugerowano bioaugmentację jako metodę zwiększania „inteligencji” społeczności drobnoustrojów, to znaczy dodawania genomów bakterii autotroficznych , wiążących węgiel lub wiążących azot do ich metagenomu .

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microbial_intelligence&oldid=1136783655 ”