Physarum polycephalum przesuwa się po podłożu, rozlewając swoje ciało w cienkie odnogi. Nie ma mózgu, neuronów ani układu nerwowego. W fazie plazmodium jest jedną ogromną, wielojądrową komórką, wewnątrz której cytoplazma przepływa przez sieć nieustannie przebudowywanych rurek. Kiedy się przemieszcza, zostawia za sobą cienką warstwę śluzu.
W 2012 roku Chris Reid, Tanya Latty, Audrey Dussutour i Madeleine Beekman postawili Physarum przed przeszkodą w kształcie litery U. Po drugiej stronie znajdowało się pożywienie. Żeby do niego dotrzeć, organizm musiał przeszukać przestrzeń i znaleźć drogę wokół bariery. Pozostawiany śluz okazał się czymś więcej niż produktem ubocznym ruchu: Physarum unikało obszarów, które wcześniej pokryło własnym śladem, dzięki czemu nie wracało bez końca w te same miejsca.
Badacze zmienili więc podłoże. Pokryli je wcześniej podobnym śluzem, przez co granica między miejscem odwiedzonym a nowym zaczęła znikać. Physarum nadal mogło się poruszać, nadal miało przed sobą tę samą przeszkodę i to samo źródło pożywienia, ale radziło sobie z zadaniem gorzej. Część informacji potrzebnej do znalezienia drogi nie znajdowała się w organizmie. Została wcześniej zapisana w zmianie, którą sam pozostawił w otoczeniu.
Autorzy nazwali ten mechanizm zewnętrzną pamięcią przestrzenną. Nie oznacza to, że śluzowiec przypomina sobie drogę tak, jak człowiek przypomina sobie drogę do domu. Słowo „pamięć” może tutaj łatwo podsunąć zbyt wiele. Eksperyment pokazał coś bardziej konkretnego: wcześniejsze działanie organizmu zmienia środowisko, a ta zmiana wpływa później na jego zachowanie. Można byłoby na tym poprzestać i uznać, że Physarum wykorzystuje świat jako rodzaj zewnętrznego zapisu.
Tyle że świat nie wystarcza.
Kiedy reakcja zaczyna się zmieniać.
Audrey Dussutour i jej współpracownicy postawili Physarum przed innym problemem. Aby dostać się do pożywienia, organizm musiał przekraczać podłoże zawierające substancję, której początkowo unikał — między innymi chininę. W warunkach eksperymentu była ona awersyjna, ale nieszkodliwa. Za pierwszym razem reakcja była wyraźna. Przy kolejnych ekspozycjach stopniowo jednak słabła. Po przerwie mogła znów się nasilać, a zmiana zachowania była związana z konkretnym bodźcem.
W biologii taki spadek reakcji na wielokrotnie powtarzający się bodziec określa się jako habituację — jedną z najprostszych form uczenia się. Znów trzeba jednak uważać na słowa. Eksperyment nie pokazuje, że Physarum „zrozumiało”, iż chinina jest bezpieczna. Nie wiemy, czy istnieje u niego cokolwiek odpowiadającego takiej reprezentacji sytuacji. Wiemy mniej, ale to wystarczy: wcześniejsze doświadczenie zmieniło późniejszą reakcję organizmu. Tym razem śluz pozostawiony na podłożu nie wyjaśnia wszystkiego. Przeszłość pozostawiła ślad także gdzieś indziej.
Co przechodzi z jednego organizmu do drugiego?
Physarum ma właściwość, która pozwoliła badaczom zrobić coś jeszcze dziwniejszego. Dwa plazmodia mogą fizycznie się połączyć. W jednym z eksperymentów połączono organizmy wcześniej poddane habituacji z takimi, które nie miały podobnego doświadczenia. Po odpowiednio długim połączeniu zachowanie związane z habituacją mogło ujawnić się również w połączonej masie.
Stąd bardzo blisko do zdania, które właściwie pisze się samo: śluzowiec przekazał drugiemu wspomnienie. Tyle że właśnie tutaj warto się zatrzymać. Plazmodia fizycznie się łączą, a ich cytoplazma staje się częścią wspólnej struktury. Eksperyment wskazuje więc na coś bardziej precyzyjnego: podczas takiego połączenia może zostać przeniesiony stan związany z wcześniejszym doświadczeniem. Czym dokładnie jest ten stan, pozostaje otwartym pytaniem.
Sieć, która nie tylko transportuje.
Wewnątrz Physarum nie ma stałej anatomii przypominającej układ nerwowy. Jest za to sieć rurek transportowych, którą organizm nieustannie przebudowuje. W 2023 roku Emiri Yoneoka i Atsuko Takamatsu obserwowały tę sieć podczas eksperymentów z habituacją. Przy kolejnych ekspozycjach na chininę jej struktura zmieniała się: z bardziej drzewiastej stawała się bardziej siatkowa.
Badaczki następnie fizycznie zakłócały powstałą sieć lub zmieniały jej orientację. Zachowanie związane z habituacją słabło. Nie znaleziono w ten sposób „miejsca przechowywania pamięci”. Dokładny mechanizm łączący morfologię sieci ze zmianą zachowania nadal nie jest wyjaśniony. Wyniki sugerują jednak, że fizyczna organizacja ciała może uczestniczyć w tym procesie, a nie być wyłącznie instalacją transportującą substancje wewnątrz komórki.
Dopiero po zestawieniu tych eksperymentów zaczyna być widać, jak niewygodne staje się początkowo proste pytanie. W jednym przypadku przeszłość organizmu pozostaje na podłożu. W drugim wcześniejsza ekspozycja zmienia jego późniejszą reakcję. W kolejnym stan związany z tą zmianą może przejść wraz z fizycznym połączeniem dwóch plazmodiów. Jeszcze inne badanie wiąże habituację z przebudową samej sieci transportowej. Coraz trudniej wskazać jedno miejsce i powiedzieć: tutaj znajduje się pamięć.
Kiedy słowo zaczyna przeszkadzać.
Physarum zasłynęło w popularnych opisach jako „inteligentny śluzowiec”. Rozwiązuje labirynty, tworzy sieci porównywane z systemami transportowymi, potrafi zmieniać reakcję pod wpływem wcześniejszego doświadczenia. Takie przykłady niemal automatycznie uruchamiają słownik znany ze świata zwierząt posiadających układ nerwowy: pamięć, uczenie się, decyzja, poznanie. Razem ze słowami łatwo jednak przemycić wyobrażenie mechanizmu.
Kiedy mówimy „pamięć”, intuicyjnie szukamy czegoś wewnątrz: mózgu, neuronów, fizycznego śladu doświadczenia zapisanego w określonej strukturze. Kiedy tym samym słowem opisujemy pojedynczą komórkę, możemy nieświadomie zacząć szukać odpowiednika czegoś, czego wcale nie musi tam być.
Badania nad tak zwaną basal cognition próbują właśnie sprawdzać, jak daleko można przesunąć granice takich pojęć. Nie wszyscy badacze są jednak przekonani, że należy je rozszerzać. Chris Reid w przeglądzie badań nad Physarum omawia również ostrożniejsze podejście: w części przypadków bardziej użyteczne może być mówienie o przetwarzaniu informacji niż o poznaniu. Zwraca też uwagę, że nie wszystkie spektakularne twierdzenia dotyczące możliwości śluzowca są równie dobrze udokumentowane. Interpretacje sugerujące na przykład uczenie asocjacyjne mają prostsze alternatywne wyjaśnienia.
Nie trzeba więc rozstrzygać, czy Physarum „pamięta tak jak my”. Wystarczy wrócić do tego, co rzeczywiście można zobaczyć. Organizm pozbawiony mózgu i układu nerwowego zachowuje się w sposób zależny od własnej przeszłości. Część użytecznej informacji może pozostawić poza sobą. Wcześniejsze doświadczenie może zmienić jego późniejszą reakcję. Stan związany z tą zmianą może być przenoszony podczas fizycznego połączenia plazmodiów. Z habituacją wiążą się również zmiany fizycznej organizacji sieci tworzącej ciało.
Żaden z tych wyników sam w sobie nie jest odpowiednikiem ludzkiego wspomnienia. Razem nie tworzą też nowej uniwersalnej definicji pamięci. Na początku mieliśmy śluzowca zostawiającego za sobą cienką warstwę śluzu. Wyglądała jak ślad tego, gdzie organizm już był. Po chwili okazuje się, że pytanie o jego przeszłość prowadzi nie tylko za nim. Prowadzi również do zmian zachodzących w nim samym, do przepływającej cytoplazmy i do przebudowy jego ciała.
Pytanie „gdzie znajduje się pamięć?” zaczyna więc brzmieć coraz mniej oczywiście.
Być może problem zaczyna się już od słowa „gdzie”.
Źródła i dalsza lektura.
Chris R. Reid (2023), „Thoughts from the forest floor: a review of cognition in the slime mould Physarum polycephalum”, Animal Cognition
Przegląd badań nad poznaniem, uczeniem się, habituacją i przetwarzaniem informacji u Physarum polycephalum.
https://link.springer.com/article/10.1007/s10071-023-01782-1
Reid, Latty, Dussutour, Beekman (2012), „Slime mold uses an externalized spatial ‘memory’ to navigate in complex environments”, PNAS
Eksperyment z pozostawianiem śluzu i „zewnętrzną pamięcią przestrzenną”.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3491460/
Boisseau, Vogel, Dussutour (2016), „Habituation in non-neural organisms: evidence from slime moulds”, Proceedings of the Royal Society B
Eksperyment pokazujący habituację bez układu nerwowego.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4855389/
Vogel, Dussutour (2016), „Direct transfer of learned behaviour via cell fusion in non-neural organisms”, Proceedings of the Royal Society B
Badanie połączenia habituowanych i niehabituowanych Physarum.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5204175/
Yoneoka, Takamatsu (2023), „Relation between learning process and morphology of transport tube network in plasmodium of Physarum polycephalum”, Frontiers in Cell and Developmental Biology
Badanie związku między habituacją a zmianami fizycznej struktury sieci transportowej.