年輕人流行養(yǎng)黏菌當(dāng)寵物！網(wǎng)友傻眼：竟然怪可愛(ài)的

豢養(yǎng)寵物已經(jīng)逐漸成為不少年輕人生活的重要組成部分，繼養(yǎng)“臭水”“紙盒狗”“芒果核”之后，不少人又養(yǎng)起了黏菌。與電影《毒液》中黑色的外星生命不同，這是一種滑溜溜的黃色黏液。

黃色的黏菌在找食物（來(lái)源：文獻(xiàn)2）

黏菌是地球上最奇特的生命形式之一。它既不是植物，也不是動(dòng)物，雖然名字里帶了個(gè)“菌”，但更不是真菌細(xì)菌，而是屬于原生生物界的一類(lèi)。

原生生物（Protozoa或Protista）是指一類(lèi)主要由單細(xì)胞組成的真核生物，它們不像動(dòng)植物那樣歸入典型的多細(xì)胞分類(lèi)群，但具有獨(dú)立的生命活動(dòng)能力。原生生物廣泛分布于水環(huán)境、土壤、以及動(dòng)植物體內(nèi)或表面，是一個(gè)多樣性極高的生物類(lèi)群。

黏菌作為原生生物的一種，通常生活在濕潤(rùn)的環(huán)境中，如腐爛的木材、土壤表面或樹(shù)葉上。它們不具備植物的光合作用能力，也不像典型的動(dòng)物那樣具有復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，但在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，尤其是在分解有機(jī)物質(zhì)方面。

黏菌到底有多好玩呢，竟會(huì)成為年輕人的新寵呢？

沒(méi)有大腦和眼睛卻能自己找食物

所謂“給吃貨食物，他就能創(chuàng)造奇跡”，實(shí)際上關(guān)于黏菌的很多研究正是基于這個(gè)思路。最新研究發(fā)現(xiàn)，多頭絨泡菌（又名多頭黏菌）會(huì)利用身體感知周?chē)h(huán)境，然后再“決定”要去哪里。這是這種單細(xì)胞生物最近給我們帶來(lái)的最新驚喜。

研究人員將黏菌樣本放在培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)基為普通瓊脂膠。培養(yǎng)皿的一側(cè)放置一個(gè)小玻璃片，另一側(cè)則放置三個(gè)并排的玻璃片。玻璃片上都有黏菌的食物。培養(yǎng)皿被放置在一個(gè)黑暗的房間中，這是黏菌偏好的光線環(huán)境。最初的12小時(shí)里，黏菌向四周均勻生長(zhǎng)。然而，到24小時(shí)時(shí)，70%的樣本向著三個(gè)并排的玻璃片生長(zhǎng)，而不是單個(gè)玻璃片。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)揭示了更多有趣的現(xiàn)象。當(dāng)三個(gè)玻璃片堆疊在一起而非并排放置時(shí)，黏菌的偏好消失了，向兩邊生長(zhǎng)的幾率幾乎相同。這表明并非玻璃片的質(zhì)量導(dǎo)致黏菌選擇三個(gè)并排的玻璃片。

通過(guò)計(jì)算機(jī)模型，研究人員發(fā)現(xiàn)原因在于瓊脂膠的變形。當(dāng)玻璃片并排放置時(shí)，它們對(duì)瓊脂膠的變形方式與堆疊放置時(shí)不同，類(lèi)似于多個(gè)重量并排放在蹦床上比堆疊重量產(chǎn)生不同的壓力模式。研究團(tuán)隊(duì)確定，黏菌是朝著這種變形模式移動(dòng)的。

沒(méi)有大腦卻能走出迷宮

黏菌的迷宮解謎實(shí)驗(yàn)，也是利用了上面的思路，這是一項(xiàng)由日本北海道大學(xué)的科學(xué)家中垣俊之及其團(tuán)隊(duì)于2000年開(kāi)展的著名研究。黏菌是一種沒(méi)有神經(jīng)系統(tǒng)的單細(xì)胞生物，研究人員的實(shí)驗(yàn)卻展示了黏菌在復(fù)雜環(huán)境中尋找食物的能力，他們實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)雜的迷宮，其中出口放置了燕麥片作為食物，黏菌起始時(shí)被放置在迷宮的一個(gè)入口處。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，黏菌通過(guò)偽足的運(yùn)動(dòng)，在迷宮中蔓延，逐漸覆蓋各個(gè)通道。在探索的過(guò)程中，它會(huì)感知環(huán)境中的變化，并調(diào)整其擴(kuò)展方向。當(dāng)它找到食物時(shí)，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)會(huì)逐漸集中在最短的路徑上，而其余的偽足會(huì)逐漸收縮和消失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，黏菌能夠高效地找到從入口到食物的最短路徑。

黏菌在迷宮中尋找食物的最短路徑（來(lái)源：文獻(xiàn)3）

這種行為令人驚訝，因?yàn)轲ぞ鷽](méi)有神經(jīng)系統(tǒng)或大腦，卻表現(xiàn)出了類(lèi)似分布式計(jì)算的能力?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這與黏菌的細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)和化學(xué)感知機(jī)制有關(guān)，通過(guò)不斷試探和反饋，它能夠在復(fù)雜的環(huán)境中找到最優(yōu)解。這項(xiàng)研究為生物學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家提供了啟發(fā)，特別是在自然啟發(fā)的算法設(shè)計(jì)和分布式智能系統(tǒng)的研究中。

黏菌可以?xún)?yōu)化復(fù)雜交通路線

在隨后的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家進(jìn)一步研究了黏菌在其他復(fù)雜問(wèn)題中的表現(xiàn)，如模擬城市交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問(wèn)題。

黏菌模擬東京地鐵網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)是2010年開(kāi)展的一項(xiàng)創(chuàng)新性研究。實(shí)驗(yàn)的目的是利用黏菌的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能力，探索其在優(yōu)化復(fù)雜交通系統(tǒng)中的潛力。研究人員選擇了東京及其周邊區(qū)域的城市作為模型，這一地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)高度復(fù)雜，但必須確保高效和穩(wěn)健。為了模擬這一環(huán)境，科學(xué)家在類(lèi)似東京地圖的瓊脂培養(yǎng)基上放置了燕麥片，模擬東京各大城市的交通樞紐，并觀察黏菌如何在這些點(diǎn)之間建立連接。

實(shí)驗(yàn)中，黏菌被放置在中心點(diǎn)（模擬東京的核心樞紐），并開(kāi)始在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，逐步擴(kuò)展其偽足，連接各個(gè)“城市”（燕麥片）。隨著時(shí)間的推移，黏菌的網(wǎng)絡(luò)逐漸變得優(yōu)化：它消除了冗余的通道，同時(shí)保持了連接的穩(wěn)定性和高效性。黏菌最終形成的網(wǎng)絡(luò)在某些方面與實(shí)際的東京地鐵系統(tǒng)驚人地相似。黏菌的網(wǎng)絡(luò)布局不僅高效地連接了所有樞紐，還表現(xiàn)出了很強(qiáng)的魯棒性，即使某些路徑被破壞，它也能迅速通過(guò)其他通道進(jìn)行調(diào)整。

模擬城市交通的黏菌網(wǎng)絡(luò)（來(lái)源：文獻(xiàn)6）

這一研究結(jié)果表明，盡管黏菌沒(méi)有大腦或中央控制系統(tǒng)，但它能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的物理和化學(xué)反應(yīng)來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。這種分布式智能系統(tǒng)的表現(xiàn)，為城市規(guī)劃和交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供了重要啟發(fā)。黏菌的網(wǎng)絡(luò)不僅表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，還能夠在資源有限的情況下找到最短路徑，這與實(shí)際工程中的許多優(yōu)化問(wèn)題有相似之處。研究人員認(rèn)為，黏菌的這種行為可以用于設(shè)計(jì)更高效、可持續(xù)的交通系統(tǒng)，尤其是那些需要考慮到冗余性和災(zāi)難恢復(fù)能力的系統(tǒng)。

黏菌有記憶和學(xué)習(xí)能力嗎？

2016年，法國(guó)國(guó)家科研中心的研究團(tuán)隊(duì)在奧黛麗·杜蘇圖爾（AudreyDussutour）的帶領(lǐng)下，發(fā)現(xiàn)黏菌能夠通過(guò)習(xí)慣化學(xué)習(xí)來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化。

習(xí)慣化是指生物在多次暴露于某種無(wú)害刺激后，逐漸減少對(duì)該刺激的反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員用含有苦味的化學(xué)物質(zhì)（如奎寧或咖啡因）阻擋黏菌的運(yùn)動(dòng)路徑，盡管這些物質(zhì)對(duì)黏菌無(wú)害，但它們會(huì)最初避開(kāi)這些區(qū)域。

在實(shí)驗(yàn)初期，黏菌遇到這些化學(xué)物質(zhì)時(shí)表現(xiàn)出回避行為，選擇繞過(guò)這些區(qū)域來(lái)尋找食物。然而，隨著時(shí)間推移，研究人員觀察到黏菌逐漸“習(xí)慣”了這些化學(xué)物質(zhì)，越來(lái)越傾向于直接穿過(guò)這些區(qū)域。

兩組黏菌在跨越含有奎寧的瓊脂橋和不含奎寧的瓊脂橋時(shí)的行為反應(yīng)。圖中的黏菌分別為對(duì)照組（C）和實(shí)驗(yàn)組（EXP）（來(lái)源：文獻(xiàn)7）

實(shí)驗(yàn)表明，黏菌經(jīng)過(guò)4-6次接觸后，會(huì)顯著減少對(duì)這些無(wú)害化學(xué)物質(zhì)的回避反應(yīng)。這種行為顯示出黏菌具備某種簡(jiǎn)單形式的學(xué)習(xí)能力，即能夠記住環(huán)境中的無(wú)害刺激，并調(diào)整自身行為以提高效率。

更令人驚訝的是，黏菌的這種習(xí)慣化學(xué)習(xí)行為可以持續(xù)幾天，甚至在休眠狀態(tài)下被“保存”。當(dāng)黏菌被重新激活時(shí)，它能夠繼續(xù)表現(xiàn)出對(duì)這些化學(xué)物質(zhì)的熟悉和適應(yīng)性行為。這種持久性記憶使得科學(xué)家進(jìn)一步思考黏菌的記憶機(jī)制，即使它沒(méi)有大腦或神經(jīng)系統(tǒng)，仍能通過(guò)分子和細(xì)胞反應(yīng)來(lái)記住和適應(yīng)環(huán)境變化。

對(duì)于沒(méi)有大腦或神經(jīng)系統(tǒng)的生物來(lái)說(shuō)，這真是太不可思議了！黏菌的學(xué)習(xí)機(jī)制展示了自然界中簡(jiǎn)單生物體如何通過(guò)環(huán)境適應(yīng)性來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題。

玩黏菌有沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)？

黏菌本身對(duì)人體并沒(méi)有危害，作為一種常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)生物，它們既無(wú)毒性，也不會(huì)引發(fā)疾病，對(duì)人類(lèi)和寵物而言可以說(shuō)是安全的。

然而，養(yǎng)黏菌的過(guò)程中需要保持環(huán)境適度濕潤(rùn)；而在這種濕潤(rùn)情況下，一旦環(huán)境衛(wèi)生條件不佳，就很容易滋生霉菌并產(chǎn)生大量孢子，進(jìn)而對(duì)人體健康造成威脅。在通風(fēng)不良的情況下，這些與黏菌伴生的霉菌孢子有可能隨著呼吸進(jìn)入我們的氣管和肺部，引發(fā)呼吸道問(wèn)題、過(guò)敏反應(yīng)和其他健康風(fēng)險(xiǎn)。

所以，養(yǎng)黏菌的時(shí)候，一定要定期檢查培養(yǎng)環(huán)境，保持清潔、通風(fēng)，盡量避免霉菌過(guò)度生長(zhǎng)。

最后，如果你也在玩黏菌，還請(qǐng)把你的玩法分享出來(lái)，大家一起交流！

參考文獻(xiàn)

[1]KramarM,AlimK.Encodingmemoryintubediameterhierarchyoflivingflownetwork[J].Proceedingsofthenationalacademyofsciences,2021,118(10):e2007815118.

[2]MuruganNJ,KaltmanDH,JinPH,etal.Mechanosensationmediateslong‐rangespatialdecision‐makinginananeuralorganism[J].Advancedmaterials,2021,33(34):2008161.

[3]NakagakiT,YamadaH,Tóthá.Maze-solvingbyanamoeboidorganism[J].Nature,2000,407(6803):470-470.

[4]NakagakiT,KobayashiR,NishiuraY,etal.Obtainingmultipleseparatefoodsources:behaviouralintelligenceinthePhysarumplasmodium[J].ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondon.SeriesB:BiologicalSciences,2004,271(1554):2305-2310.

[5]DussutourA,LattyT,BeekmanM,etal.Amoeboidorganismsolvescomplexnutritionalchallenges[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2010,107(10):4607-4611.

[6]TeroA,TakagiS,SaigusaT,etal.Rulesforbiologicallyinspiredadaptivenetworkdesign[J].Science,2010,327(5964):439-442.

[7]BoisseauRP,VogelD,DussutourA.Habituationinnon-neuralorganisms:evidencefromslimemoulds[J].ProceedingsoftheRoyalSocietyB:BiologicalSciences,2016,283(1829):20160446.

策劃制作

作者丨Denovo團(tuán)隊(duì)，邵文亞博士福建醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)系

審核丨李旭 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授