Mikrobiyal zeka - Microbial intelligence

Mikrobiyal zeka (halk arasında bakteri zekası) zeka tarafından sunulan mikroorganizmalar. Kavram, aşağıdakiler tarafından gösterilen karmaşık uyarlanabilir davranışları kapsar: tek hücreler, ve fedakar veya hücrelerde fizyolojik veya davranışsal değişiklikleri indükleyen ve koloni yapılarını etkileyen kimyasal sinyallemenin aracılık ettiği benzer veya farklı hücrelerin popülasyonlarında işbirlikçi davranış.[1]

Karmaşık hücreler Protozoa veya yosun, değişen koşullarda kendilerini organize etmek için olağanüstü yetenekler gösterin.[2] Amip ile kabuk oluşturma, normalde yalnızca çok hücreli organizmalarda meydana geldiği düşünülen karmaşık ayrımcılık ve manipülatif becerileri ortaya çıkarır.

Bakteriler bile bir popülasyon olarak daha karmaşık davranışlar sergileyebilir. Bu davranışlar, tek tür popülasyonlarında veya karışık tür popülasyonlarında meydana gelir. Örnekler, kolonileri veya sürüleri miksobakteriler, çekirdek algılama, ve biyofilmler.[1][3]

Bir bakteri kolonisinin biyolojik bir koloniyi gevşek bir şekilde taklit ettiği öne sürülmüştür. sinir ağı. Bakteriler, kimyasal sinyaller biçiminde girdiler alabilir, bunları işleyebilir ve ardından kolonideki diğer bakterileri sinyallemek için çıkış kimyasalları üretebilir.

Bakteri iletişimi ve kendi kendine organizasyon bağlamında ağ teorisi tarafından araştırıldı Eshel Ben-Jacob araştırma grubu Tel Aviv Üniversitesi hangi geliştirdi fraktal bakteri kolonisi modeli ve koloni yaşam döngüsünde tanımlanmış dilsel ve sosyal kalıplar.[4]

Mikrobiyal zeka örnekleri

Bakteriyel

  • Bakteriyel biyofilmler Yapabilmek ortaya çıkmak binlerce veya milyonlarca hücrenin ortak davranışıyla[3]
  • Biyofilmler tarafından oluşturuldu Bacillus subtilis Biyofilmin en içteki hücrelerinin açlıktan ölmemesi için büyümeyi senkronize etmek için elektrik sinyallerini (iyon iletimi) kullanabilir.[5]
  • Beslenme stresi altında bakteri kolonileri, besin kullanılabilirliğini en üst düzeye çıkaracak şekilde kendilerini organize edebilirler.
  • Bakteriler kendilerini altında yeniden düzenler antibiyotik stres.
  • Bakteriler genleri değiştirebilir (gen kodlaması gibi) antibiyotik direnci ) karışık tür kolonilerinin üyeleri arasında.
  • Tek tek hücreler miksobakteriler karmaşık yapılar üretmek veya sosyal varlıklar olarak hareket etmek için koordine edin.[3] Miksobakteriler, sürü veya kurt sürüsü olarak bilinen yırtıcı gruplarda birden fazla sinyal verme biçimiyle birlikte hareket eder ve beslenir.[6][7]
  • Bakteri popülasyonları çekirdek algılama kendi yoğunluklarını yargılamak ve davranışlarını buna göre değiştirmek. Bu, biyofilmlerin, bulaşıcı hastalık süreçlerinin ve hafif organların oluşumunda meydana gelir. bobtail kalamar.[3]
  • Herhangi bir bakterinin bir konakçının hücresine girebilmesi için hücrenin, bakterilerin yapışabileceği ve hücreye girebileceği reseptörleri göstermesi gerekir. Bazı türleri E. coli Daha sonra eklendikleri ve hücreye girdikleri kendi reseptörlerini getirdiklerinde, belirli reseptörlerin varlığı olmadan bile kendilerini bir konakçının hücresine içselleştirebilirler.
  • Besin sınırlaması altında, bazı bakteriler endosporlar ısıya ve dehidrasyona direnmek için.
  • Çok sayıda mikroorganizma, yüzey antijenlerini değiştirirken bağışıklık sistemi tarafından tanınmanın üstesinden gelme yeteneğine sahiptir, böylece daha önce mevcut antijenlere yönelik herhangi bir savunma mekanizması artık yeni ifade edilenlerle işe yaramaz.
  • Nisan 2020'de bakteri kollektiflerinin bir membran potansiyeli tabanlı formu çalışan bellek. Bilim adamları ışığı bir biyofilm Bakterilerin optik izleri, ışığa maruz kalan hücreler, membran potansiyellerindeki değişiklikler nedeniyle membran potansiyellerindeki salınımlara farklı tepki verdiklerinden, ilk uyarandan sonra saatlerce sürdü. potasyum kanalları.[8][9][10]

Protistler

  • Tek tek hücreler hücresel balçık kalıpları Karmaşık yapılar üretmek veya çok hücreli varlıklar olarak hareket etmek için koordine edin.[3] Biyolog John Bonner balçık kalıplarının "bir torba amip ince bir balçık kılıfına sarılmış, kasları ve sinirleri olan hayvanlarınkine eşit çeşitli davranışlara sahip olmayı başarırlar. ganglia - yani basit beyinler. "[11]
  • Tek hücreli siliat Stentor roeselii bir tür "davranışsal hiyerarşi" ifade eder ve eğer bir tahriş ediciye verdiği yanıt tahriş ediciyi rahatlatmazsa, çok spekülatif bir "biliş" duygusu anlamına gelirse "fikrini değiştirebilir".[12][13]
  • Terliksi hayvan özellikle P. caudatum, yüzme ortamında yoğun ışığı elektrik şoku gibi uyaranlarla ilişkilendirmeyi öğrenebilir; karanlığın elektrik şoku ile ilişkilendirilemediği görülüyor.[14]
  • Protozoan kirpik Tetrahymena yüzme alanının geometrisini 'ezberleme' kapasitesine sahiptir. Ayrılan ve bir damla su içinde hapsedilen hücreler, salındığında dairesel yüzme yörüngelerini özetledi. Bu, esas olarak hücre içi kalsiyumdaki bir artıştan kaynaklanabilir.[15]

Başvurular

Bakteriyel koloni optimizasyonu

Bakteriyel koloni optimizasyonu bir algoritma kullanılan evrimsel hesaplama. Algoritma, bazı tipik davranışları simüle eden bir yaşam döngüsü modeline dayanmaktadır. E. coli kemotaksis, iletişim, eliminasyon, üreme ve göç dahil tüm yaşam döngüleri boyunca bakteriler.

Balçık kalıbı hesaplama

Mantık devreleri cıvık kalıplarla inşa edilebilir.[16] Dağıtık sistem deneyleri onları otoyol grafiklerini yaklaşık olarak tahmin etmek için kullandı.[17] Balçık kalıbı Physarum polycephalum çözebilir Seyahat Eden Satıcı Sorunu katlanarak artan karmaşıklığa sahip bir kombinatoryal test doğrusal zaman.[18]

Toprak ekolojisi

Mikrobiyal topluluk zekası, toprak ekosistemleri etkileşimli adaptif davranışlar ve metabolizmalar biçiminde.[19] Ferreira ve diğerlerine göre, "Toprak mikrobiyotası, değişimden kurtulmak ve mevcut duruma uyum sağlamak için kendine özgü bir kapasiteye sahiptir [...] [Bu] değişimden kurtulma ve fedakar, işbirliğine dayalı olarak mevcut duruma uyum sağlama kapasitesi [...] ve birlikte meydana gelen davranış, mikrobiyal topluluk zekasının temel bir özelliği olarak kabul edilir. "[20]

Karmaşık davranışlar veya koordinasyon sergileyen birçok bakteri, toprakta biyofilmler şeklinde yoğun şekilde bulunur.[1] Sosyal yırtıcı bakteriler de dahil olmak üzere toprakta yaşayan mikropredatörlerin ekolojisi için önemli etkileri vardır. Kısmen bu mikro kırıcılar tarafından yönetilen toprak biyoçeşitliliği, karbon döngüsü ve ekosistemin işleyişi için büyük önem taşımaktadır.[21]

Mikropların topraktaki karmaşık etkileşimi bir potansiyel olarak önerilmiştir. karbon yutağı. Bioaugmentation mikrobiyal toplulukların 'zekasını' artırmak, yani genomlarını eklemek için bir yöntem olarak önerilmiştir. ototrofik, karbon sabitleme veya nitrojen sabitleme bakterilere metagenom.[19]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c Rennie, John. "Bakterilerin ve Diğer Mikropların Güzel Zekası". Quanta Dergisi.
  2. ^ Ford, Brian J. (2004). "Hücreler Zekice mi?" (PDF). Mikroskop. 52 (3/4): 135–144.
  3. ^ a b c d e Chimileski, Scott; Kolter Roberto (2017). Görüşün Kenarında Yaşam: Mikrobiyal Dünyanın Fotoğrafik Bir Keşfi. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. ISBN  9780674975910.
  4. ^ Cohen, Inon; et al. (1999). "Karmaşık bakteri kolonilerinde sürekli ve farklı işbirliği modelleri" (PDF). Fraktallar. 7.03 (1999) (3): 235–247. arXiv:cond-mat / 9807121. doi:10.1142 / S0218348X99000244. Arşivlenen orijinal (PDF) 2014-08-08 tarihinde. Alındı 2014-12-25.
  5. ^ Beagle, Sarah D .; Lockless, Steve W. (5 Kasım 2015). "Mikrobiyoloji: Elektrik sinyali bakteriyel hale geliyor". Doğa. 527 (7576): 44–45. Bibcode:2015Natur.527 ... 44B. doi:10.1038 / nature15641. PMID  26503058.
  6. ^ Muñoz-Dorado, José; Marcos-Torres, Francisco J .; Garcia-Bravo, Elena; Moraleda-Muñoz, Aurelio; Pérez, Juana (2016-05-26). "Miksobakteriler: Birlikte Hareket Etmek, Öldürmek, Beslemek ve Hayatta Kalmak". Mikrobiyolojide Sınırlar. 7: 781. doi:10.3389 / fmicb.2016.00781. ISSN  1664-302X. PMC  4880591. PMID  27303375.
  7. ^ Kaiser, Dale (2013-11-12). "Myxobacteria zeki mi?". Mikrobiyolojide Sınırlar. 4: 335. doi:10.3389 / fmicb.2013.00335. ISSN  1664-302X. PMC  3824092. PMID  24273536.
  8. ^ Escalante, Alison. "Bilim Adamları Bizi Yaşayan Bir Bilgisayara Bir Adım Daha Yaklaştı". Forbes. Alındı 18 Mayıs 2020.
  9. ^ "Hatırlarlar: Çalışan hafızaya sahip olduğu tespit edilen mikrop toplulukları". phys.org. Alındı 18 Mayıs 2020.
  10. ^ Yang, Chih-Yu; Bialecka-Fornal, Maja; Weatherwax, Colleen; Larkin, Joseph W .; Prindle, Arthur; Liu, Jintao; Garcia-Ojalvo, Jordi; Süel, Gürol M. (27 Nisan 2020). "Mikrobiyal Topluluk İçinde Zar-Potansiyele Dayalı Belleği Kodlama" (PDF). Hücre Sistemleri. 0 (0). doi:10.1016 / j.cels.2020.04.002. ISSN  2405-4712. Alındı 18 Mayıs 2020.
  11. ^ "'Balçık sultanı': Biyolog, yaklaşık 70 yıllık bir çalışmanın ardından organizmalardan etkilenmeye devam ediyor". Princeton Üniversitesi. Alındı 2019-12-06.
  12. ^ "Tek hücreli bir organizma 'fikrini değiştirebilir mi'? Yeni çalışma evet diyor". phys.org. Alındı 2019-12-06.
  13. ^ "Primer: Hücre öğrenimi (archive.org'dan alındı)". www.sciencedirect.com. Alındı 2020-07-11.
  14. ^ Alipour, Abolfazl; Dorvash, Mohammadreza; Yeganeh, Yasaman; Hatam, Gholamreza (2017-11-29). "Terliksi Hayvan Öğrenme: Yeni Bilgiler ve Değişiklikler". bioRxiv: 225250. doi:10.1101/225250.
  15. ^ Kunita, Itsuki; Yamaguchi, Tatsuya; Tero, Atsushi; Akiyama, Masakazu; Kuroda, Shigeru; Nakagaki, Toshiyuki (2016-05-31). "Kirpikliler bir yüzme alanının geometrisini ezberler". Royal Society Arayüzü Dergisi. 13 (118): 20160155. doi:10.1098 / rsif.2016.0155. ISSN  1742-5689. PMC  4892268. PMID  27226383.
  16. ^ "Balçıkla hesaplama: Canlı balçık kalıpları kullanılarak oluşturulan mantıksal devreler". Günlük Bilim. Alındı 2019-12-06.
  17. ^ Adamatzky, Andrew; Akl, Selim; Alonso-Sanz, Ramon; Dessel, Wesley van; Ibrahim, Zuwairie; Ilachinski, Andrew; Jones, Jeff; Kayem, Anne V. D. M .; Martínez, Genaro J .; Oliveira, Pedro de; Prokopenko, Mikhail (2013-06-01). "Otoyollar balçık mould açısından mantıklı mı?". Uluslararası Paralel, Acil ve Dağıtık Sistemler Dergisi. 28 (3): 230–248. arXiv:1203.2851. doi:10.1080/17445760.2012.685884. ISSN  1744-5760.
  18. ^ "Balçık Küfü Doğrusal Zamanda Üstel Olarak Karmaşık Sorunları Çözebilir | Biyoloji, Bilgisayar Bilimleri | Sci-News.com". Son Dakika Bilim Haberleri | Sci-News.com. Alındı 2019-12-06.
  19. ^ a b Agarvval, Leena; Qureshi, Asifa; Kalia, Vipin; Kapley, Atya; Purohit, Hemant; Singh, Rishi (2014-05-25). "Kurak ekosistem: Mikrobiyal topluluk istihbaratını kullanan karbon yutakları için gelecekteki seçenek". Güncel Bilim. 106: 1357.
  20. ^ Ferreira, Carla; Kalantari, Zahra; Salvati, Luca; Canfora, Loredana; Zambon, Ilaria; Walsh, Rory (2019-01-01), ""6. Kentsel Alanlar ". Küresel Değişim Bağlamında Toprak Bozulması, Restorasyonu ve Yönetimi.", Kimyasal Kirlilik Çevre Yönetimi ve Korunmasındaki Gelişmeler, 4, s. 232, ISBN  978-0-12-816415-0, alındı 2020-01-05
  21. ^ Zhang, Lu; Lueders, Tillmann (2017/09/01). "Bir tarımsal toprağın dökme toprağı ile rizosfer arasındaki mikropredatör niş ayrımı bakteriyel avına bağlıdır". FEMS Mikrobiyoloji Ekolojisi. 93 (9). doi:10.1093 / femsec / fix103. ISSN  0168-6496. PMID  28922803.

daha fazla okuma

Dış bağlantılar