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沒有頭腦的古老生物粘菌能思考學習 解難能力令人驚異

2023年播出的美國電視劇集《最後生還者》(The Last of Us,或譯《美國末日》) ,講述在2003 年全球受暖化影響,真菌突變,寄生在人類身上,令人變成攻擊性強、會吃人的喪屍。

該劇開始時播出的資料顯示,片中生物的設計靈感來自黏菌,或稱多頭絨泡菌(slime mould,學名Physarum polycephalum),實際上根本不是真菌。

人類走過森林時,如果踢翻地上的樹木,可能會發現底下有一片潮濕的香蕉黃色東西,有點像打噴嚏噴出來的涕液,呈扇形,成樹枝的分支狀。這些很可能就是粘菌。

粘菌在地球上已經存在了 5 億多年。這種單細胞生物沒有大腦,也沒有神經系統和神經元,當然更沒有眼睛、耳朵、嘴巴、腿、聲帶、心跳或單一的感覺器官。它終其一生都是一個細胞。但粘菌的智力水平卻令全球科學家驚嘆不已,因為它能夠執行諸如記憶、決策和識別自身等複雜任務,表現出利他主義、認識自己的行為。

粘菌和電視劇集《最後生還者》的真菌造型。
粘菌和電視劇集《最後生還者》的真菌造型。

粘菌在自然界中也發揮著重要生態作用,有助令有機物的腐爛,並將其回收到食物網中。這種粘菌在潮濕、腐爛的棲息地中繁衍了數十億年,幾乎沒有變化。然而,過去十多年間,它改變了我們對認知和解決問題的看法。

法國國家科學研究中心(French National Centre for Scientific Research,簡稱CRNS)的生物學家奧黛莉‧杜蘇圖爾(Audrey Dussutour)說:「粘菌說明了,即使是簡單生物也可以展現一般而言在具大腦的動物身上才會出現的行為。它推動了我們用不同角度看待單細胞生物。」

日本北海道大學電子科學系的中垣俊之教授帶領的研究團隊以粘菌為對象,做了一連串有趣實驗。他2000年在著名的《自然》雜誌發表了其中實驗一個:團隊在培養皿中設置了迷宮,迷宮兩端放置了粘菌最喜歡的食物──麥片,然後他們把粘菌放在培養皿中。開始時,粘菌胡亂爬動,直到粘菌充滿整個迷宮以後,神奇的事情發生了。粘菌開始縮回走錯路的分支,最後只剩下最短、最快到找到麥片的一條路線,完全沒有繞路。這項發現令中垣俊之贏得了2008年的「搞笑諾貝爾獎」(Ig Nobel Prize)認知科學獎。

中垣俊之和手老篤史的實驗。
中垣俊之和手老篤史的實驗。

2010年,九州大學(Kyushu University)科學家手老篤史的研究團隊在《科學》(Science)期刊發表了一項研究:他們用燕麥為餌,將在實驗室培殖的粘菌放在東京的地鐵線路圖上。粘菌只花26小時,就形成了東京地鐵路網圖。日本人百年來一再研究、修建的鐵路網絡,粘菌花了一天多就製出來了。

這個實驗更獲其他科學家重複驗證,例如美國科學家安德魯‧阿達瑪斯基(Andrew Adamatzky)就把麥片放在美國各大城市的地圖下,結果粘菌畫出了美國高速公路的路網圖;另外,粘菌畫出的絲路地圖有76%與真的絲路相似。

及後美國新澤西理工學院(NJIT)的 Simon Garnier教授也以美國地圖做過類似實驗,結果也令他不禁讚歎說,粘菌只花了三天,就得到與人類耗時數十年、花費數百萬美元達致的差不多結果。

此外,德國馬克思普朗克研究所的米爾納‧克拉瑪(Mirna Kramar)與凱倫‧阿利姆(Karen Alim)在2021年發現,當粘菌碰觸到食物時,粘菌體內的管道壁會軟化,使管道變寬,於是有更多細胞質液能通過。最短路線的管道因接觸到的食物刺激最多,管道自然也最寬,讓最多細胞質液可通過;而那些繞路的管道裡面的細胞質液都會被導流到最短路徑,自然就慢慢萎縮掉了。粘菌就是靠著這種方法來「記住」通往食物的最短路徑。

科學家又發現,有跡象顯示粘菌有記憶甚至學習,例如粘菌移動時會留下類似黏液的痕跡。粘菌可以區分自己、鄰居及其他粘菌的足跡。它們也會利用路徑留下的食物訊號來判斷自己在某個區域找到食物的機會。

粘菌是自然界最不起眼的生命形式之一,也可以理解所有即將到來的事物。正如杜蘇圖爾所說,我們不也應該學會謙虛一點嗎?

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