Ter uma memória de eventos passados nos permite tomar decisões mais inteligentes sobre o futuro. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPIDS) e da Universidade Técnica de Munique (TUM) identificam a base para a formação de memórias no fungo viscoso Physarum polycephalum – apesar de sua falta de sistema nervoso.
A capacidade de armazenar e recuperar informações dá a um organismo uma vantagem clara ao procurar alimentos ou evitar ambientes prejudiciais e tem sido tradicionalmente associada a organismos que possuem sistema nervoso. Um novo estudo de autoria de Mirna Kramar (MPIDS) e Karen Alim (TUM e MPIDS) desafia essa visão, revelando as habilidades surpreendentes de um organismo unicelular altamente dinâmico para armazenar e recuperar informações sobre seu ambiente.
Janela para o passado
O fungo viscoso Physarum polycephalum tem intrigado os pesquisadores por muitas décadas. Existindo na encruzilhada entre os reinos dos animais, plantas e fungos, este organismo único fornece uma visão sobre a história evolutiva inicial dos eucariotos. Seu corpo é uma única célula gigante composta de tubos interconectados que formam redes intrincadas. Essa única célula semelhante a uma ameba pode se estender por vários centímetros ou até metros, sendo a maior célula da Terra no Livro Guinness de Recordes Mundiais.
As impressionantes habilidades do bolor limoso para resolver problemas complexos, como encontrar o caminho mais curto em um labirinto, deram a ele o atributo “inteligente”, intrigaram a comunidade de pesquisadores e suscitaram questões sobre a tomada de decisões nos níveis mais básicos da vida. A capacidade de tomada de decisão do Physarum é especialmente fascinante, dado que sua rede tubular passa constantemente por rápida reorganização – crescendo e desintegrando seus tubos – enquanto carece completamente de um centro organizador. Os pesquisadores descobriram que o organismo tece memórias de encontros alimentares diretamente na arquitetura do corpo em rede e usa as informações armazenadas ao tomar decisões futuras.
As decisões são guiadas por memórias
“É muito emocionante quando um projeto se desenvolve a partir de uma simples observação experimental”, diz Karen Alim, chefe do grupo de Física Biológica e Morfogênese do MPIDS e Professor de Teoria de Redes Biológicas da TUM, “Acompanhamos o processo de migração e alimentação dos organismo e observou uma marca distinta de uma fonte de alimento no padrão de tubos mais grossos e mais finos da rede, muito tempo após a alimentação. Dada a reorganização da rede altamente dinâmica de P. polycephalum, a persistência dessa marca gerou a ideia de que a própria arquitetura da rede poderia servir como memória do passado. No entanto, primeiro precisamos explicar o mecanismo por trás da formação da impressão.”
Para descobrir o que está acontecendo, os pesquisadores combinam observações microscópicas da adaptação da rede tubular com modelagem teórica. O encontro com o alimento desencadeia a liberação de uma substância química que viaja do local onde o alimento foi encontrado para todo o organismo e amolece os tubos da rede, fazendo com que todo o organismo reoriente sua migração para o alimento.
“O amolecimento gradual é onde as marcas existentes de fontes alimentares anteriores entram em jogo e onde as informações são armazenadas e recuperadas”, diz Mirna Kramar, primeira autora do estudo. “Os eventos de alimentação anteriores estão embutidos na hierarquia dos diâmetros dos tubos, especificamente no arranjo de tubos grossos e finos na rede. Para o amaciante químico que agora é transportado, os tubos grossos na rede atuam como rodovias nas redes de tráfego, permitindo transporte através de todo o organismo. Encontros anteriores impressos na arquitetura de rede pesam na decisão sobre a direção futura da migração.”
Princípios universais inspiram a formação
Os autores destacam que a capacidade do Physarum de formar memórias é intrigante, dada a simplicidade desta rede viva. “É notável que o organismo se baseie em um mecanismo tão simples e, mesmo assim, o controle de uma forma tão bem ajustada. Esses resultados apresentam uma peça importante do quebra-cabeça para entender o comportamento deste antigo organismo e ao mesmo tempo apontam para o universal princípios subjacentes ao comportamento. Vislumbramos aplicações potenciais de nossas descobertas no design de materiais inteligentes e na construção de robôs macios que navegam por ambientes complexos”, conclui Karen Alim.
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