Mikrobiell intelligens - Microbial intelligence

Mikrobiell intelligens (kjent som bakteriell intelligens ) er intelligensen som vises av mikroorganismer . Konseptet omfatter kompleks adaptiv oppførsel vist av enkeltceller , og altruistisk eller samarbeidsoppførsel i populasjoner av lignende eller ulik celler formidlet av kjemisk signalering som induserer fysiologiske eller atferdsendringer i celler og påvirker kolonistrukturer.

Komplekse celler, som protozoer eller alger , viser bemerkelsesverdige evner til å organisere seg under skiftende omstendigheter. Skallbygging av amøber avslører kompleks diskriminering og manipulerende ferdigheter som vanligvis antas å forekomme bare i flercellede organismer.

Selv bakterier kan vise mer oppførsel som en populasjon. Denne oppførselen forekommer i populasjoner med enkelt arter, eller blandede artspopulasjoner. Eksempler er kolonier eller svermer av myxobakterier , quorum sensing og biofilm .

Det har blitt antydet at en bakteriekoloni etterligner et biologisk nevralt nettverk . Bakteriene kan ta innganger i form av kjemiske signaler, behandle dem og deretter produsere utgangskjemikalier for å signalisere andre bakterier i kolonien.

Bakteriekommunikasjon og egenorganisasjon i sammenheng med nettverksteori er undersøkt av Eshel Ben-Jacob forskergruppe ved Tel Aviv University som utviklet en fraktalmodell av bakteriekoloni og identifiserte språklige og sosiale mønstre i kolonis livssyklus.

Eksempler på mikrobiell intelligens

Bakteriell

  • Bakterielle biofilmer kan dukke opp gjennom den kollektive oppførselen til tusenvis eller millioner av celler
  • Biofilm dannet av Bacillus subtilis kan bruke elektriske signaler (ionoverføring) for å synkronisere vekst slik at de innerste cellene i biofilmen ikke sulter.
  • Under ernæringsstress kan bakteriekolonier organisere seg på en slik måte for å maksimere næringstilgangen.
  • Bakterier omorganiserer seg under antibiotikastress .
  • Bakterier kan bytte gener (for eksempel gener som koder for antibiotikaresistens ) mellom medlemmer av blandede arterkolonier.
  • Individuelle celler av myxobakterier koordinerer for å produsere komplekse strukturer eller bevege seg som sosiale enheter. Myxobakterier beveger seg og mates sammen i rovdyrsgrupper, kjent som svermer eller ulvepakker, med flere former for signalisering og flere polysakkarider spiller en viktig rolle.
  • Populasjoner av bakterier bruker quorum sensing for å bedømme sine egne tettheter og endre deres oppførsel deretter. Dette skjer i dannelsen av biofilmer, smittsomme sykdomsprosesser og de lette organene til blekksprut .
  • For at en hvilken som helst bakterie skal komme inn i vertscellen, må cellen vise reseptorer som bakterier kan feste seg til og kunne komme inn i cellen. Noen E. coli- stammer er i stand til å internalisere seg i en vertscelle selv uten tilstedeværelse av spesifikke reseptorer, da de bringer sin egen reseptor som de deretter fester og går inn i cellen til.
  • Under næringsbegrensning forvandles noen bakterier til endosporer for å motstå varme og dehydrering.
  • Et stort utvalg av mikroorganismer har evnen til å overvinne å bli gjenkjent av immunsystemet når de endrer overflateantigenene slik at eventuelle forsvarsmekanismer rettet mot tidligere til stede antigener nå er ubrukelige med de nylig uttrykte.
  • I april 2020 ble det rapportert at bakteriekollektiver har en membranpotensialbasert form for arbeidsminne . Da forskere lyste på en biofilm av bakterier, varte optiske avtrykk i timevis etter den første stimulansen da de lyseksponerte cellene reagerte annerledes på svingninger i membranpotensialene på grunn av endringer i kaliumkanalene .

Protister

  • Individuelle celler i cellulære slimformer koordinerer for å produsere komplekse strukturer eller bevege seg som flercellede enheter. Biologen John Bonner påpekte at selv om slimformer er "ikke mer enn en pose amøber innkapslet i en tynn slimhylse, klarer de å ha forskjellige oppførsel som er lik den hos dyr som har muskler og nerver med ganglier - det vil si enkle hjerner. ”
  • Det encellede ciliatet Stentor roeselii uttrykker et slags " atferdshierarki " og kan "ombestemme seg" hvis svaret på et irritasjonsmiddel ikke lindrer det irriterende, noe som antyder en veldig spekulativ følelse av "kognisjon".
  • Paramecium , spesielt P. caudatum , er i stand til å lære å assosiere intens lys med stimulus som elektriske støt i svømmemediet; selv om det ser ut til å være i stand til å assosiere mørke med elektriske støt.
  • Protozoan ciliate Tetrahymena har kapasitet til å "huske" geometrien til svømmeområdet . Celler som ble separert og innesperret i en dråpe vann, resapitulerte sirkulære svømmebaner ved frigjøring. Dette kan hovedsakelig skyldes en økning i intracellulært kalsium.

applikasjoner

Bakteriekolonioptimalisering

Bakteriekolonioptimalisering er en algoritme som brukes i evolusjonær databehandling . Algoritmen er basert på en livssyklusmodell som simulerer noen typiske atferd av E. coli- bakterier i løpet av hele deres livssyklus, inkludert cellegift, kommunikasjon, eliminering, reproduksjon og migrasjon.

Slime mold computing

Logiske kretser kan bygges med slimformer. Distribuerte systemeksperimenter har brukt dem til å tilnærme motorveigrafer. Slim mold Physarum polycephalum er i stand til å løse omreisende selger problem , et kombinatorisk test med eksponentielt økende kompleksitet i lineær tid .

Jordøkologi

Mikrobiell samfunnsintelligens finnes i jordøkosystemer i form av samspillende adaptiv atferd og metabolisme. I følge Ferreira et al., "Jordmikrobiota har sin egen unike kapasitet til å komme seg fra endring og til å tilpasse seg den nåværende tilstanden [...] [Denne] kapasitet til å komme seg fra endring og til å tilpasse seg den nåværende tilstanden ved altruistisk, samarbeidsvillig og samtidig forekommende oppførsel betraktes som en nøkkelegenskap ved mikrobiell samfunnets intelligens.

Mange bakterier som viser kompleks atferd eller koordinering, er sterkt tilstede i jord i form av biofilm. Mikropredatorer som bor i jord, inkludert sosiale rovbakterier, har betydelige implikasjoner for dets økologi. Jordmangfold, som delvis administreres av disse mikropredatorene, er av betydelig betydning for karbonsyklus og økosystemfunksjon.

Den kompliserte samspillet mellom mikrober i jorden er blitt foreslått som en potensiell karbonvask . Bioaugmentering er blitt foreslått som en metode for å øke 'intelligensen' til mikrobielle samfunn, det vil si å legge genomene til autotrofiske , karbonfikserende eller nitrogenfikserende bakterier til metagenomen .

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker