Mikrobiell intelligens

Mikrobiell intelligens (känd som bakteriell intelligens ) är den intelligens som visas av mikroorganismer . Konceptet omfattar komplext adaptivt beteende som visas av enstaka celler , och altruistiskt eller kooperativt beteende i populationer av lika eller olika celler förmedlat av kemisk signalering som inducerar fysiologiska eller beteendemässiga förändringar i celler och påverkar kolonistrukturer.

Komplexa celler, som protozoer eller alger , visar anmärkningsvärda förmågor att organisera sig under föränderliga omständigheter. Skalbyggande av amöbor avslöjar komplex diskriminering och manipulativa färdigheter som vanligtvis tros förekomma endast i flercelliga organismer.

Även bakterier kan uppvisa mer beteende som befolkning. Dessa beteenden förekommer i populationer av enstaka arter eller blandarter. Exempel är kolonier eller svärmar av myxobakterier , kvorumavkänning och biofilmer .

Det har föreslagits att en bakteriekoloni löst efterliknar ett biologiskt neuralt nätverk . Bakterierna kan ta input i form av kemiska signaler, bearbeta dem och sedan producera utgående kemikalier för att signalera andra bakterier i kolonin.

Bakteriekommunikation och självorganisering i samband med nätverksteori har undersökts av Eshel Ben-Jacob forskargrupp vid Tel Aviv University som utvecklade en fraktal modell av bakteriekoloni och identifierade språkliga och sociala mönster i kolonins livscykel.

Exempel på mikrobiell intelligens

Bakteriell

  • Bakteriebiofilmer kan uppstå genom det kollektiva beteendet hos tusentals eller miljoner celler
  • Biofilmer som bildas av Bacillus subtilis kan använda elektriska signaler (jonöverföring) för att synkronisera tillväxten så att de innersta cellerna i biofilmen inte svälter.
  • Under näringspåfrestning kan bakteriekolonier organisera sig på ett sådant sätt att de maximerar tillgången på näringsämnen.
  • Bakterier omorganiserar sig under antibiotikastress .
  • Bakterier kan byta gener (som gener som kodar för antibiotikaresistens ) mellan medlemmar av blandade artkolonier.
  • Individuella celler av myxobakterier koordinerar för att producera komplexa strukturer eller rör sig som sociala enheter. Myxobakterier rör sig och livnär sig i rovdjursgrupper, kända som svärmar eller vargflockar, med flera former av signalering och flera polysackarider spelar en viktig roll.
  • Populationer av bakterier använder kvorumavkänning för att bedöma sin egen täthet och ändra sina beteenden därefter. Detta sker i bildandet av biofilmer, infektionssjukdomsprocesser och de lätta organen hos bobtail bläckfisk .
  • För att någon bakterie ska komma in i en värds cell måste cellen visa receptorer som bakterier kan fästa vid och kunna ta sig in i cellen. Vissa stammar av E. coli kan internalisera sig själva i en värds cell även utan närvaro av specifika receptorer eftersom de tar med sig sin egen receptor till vilken de sedan fäster och går in i cellen.
  • Under näringsbegränsning omvandlas vissa bakterier till endosporer för att motstå värme och uttorkning.
  • En enorm mängd mikroorganismer har förmågan att övervinna att bli igenkända av immunsystemet när de ändrar sina ytantigener så att alla försvarsmekanismer riktade mot tidigare närvarande antigener nu är värdelösa med de nyligen uttryckta.
  • I april 2020 rapporterades det att bakteriekollektiv har en membranpotentialbaserad form av arbetsminne . När forskare lyste ljus på en biofilm av bakterier varade optiska avtryck i timmar efter den första stimulansen eftersom de ljusexponerade cellerna reagerade annorlunda på svängningar i membranpotentialen på grund av förändringar i deras kaliumkanaler .

Protister

  • Individuella celler av cellulära slemmögel koordinerar för att producera komplexa strukturer eller rör sig som flercelliga enheter. Biologen John Bonner påpekade att även om slemmögel är "inte mer än en påse amöbor inkapslade i en tunn slemskida, lyckas de ha olika beteenden som är lika med de hos djur som har muskler och nerver med ganglier - det vill säga, enkla hjärnor."
  • Det encelliga ciliatet Stentor roeselii uttrycker ett slags "beteendehierarki" och kan "ändra uppfattning" om dess svar på en irriterande inte lindrar irritationen, vilket innebär en mycket spekulativ känsla av "kognition".
  • Paramecium , speciellt P. caudatum , kan lära sig att associera intensivt ljus med stimulans såsom elektriska stötar i sitt simmedium; även om det verkar vara oförmöget att associera mörker med elektriska stötar.
  • Protozoiska ciliat Tetrahymena har kapacitet att "memorera" geometrin på sitt simområde. Celler som var separerade och inneslutna i en droppe vatten, recapitulerade cirkulära simbanor vid frisläppandet. Detta kan främst bero på en ökning av intracellulärt kalcium.

Ansökningar

Bakteriekolonioptimering

Bakteriekolonioptimering är en algoritm som används i evolutionär datoranvändning . Algoritmen är baserad på en livscykelmodell som simulerar några typiska beteenden hos E. coli- bakterier under hela deras livscykel, inklusive kemotaxi, kommunikation, eliminering, reproduktion och migration.

Slime mold computing

Logiska kretsar kan byggas med slemformar. Experiment med distribuerade system har använt dem för att approximera motorvägsdiagram. Slemmögeln Physarum polycephalum kan lösa Traveling Salesman Problemet , ett kombinatoriskt test med exponentiellt ökande komplexitet, i linjär tid .

Markekologi

Mikrobiell samhällsintelligens finns i markens ekosystem i form av interagerande adaptiva beteenden och metabolismer. Enligt Ferreira et al., "Markmikrobiota har sin egen unika förmåga att återhämta sig från förändring och att anpassa sig till det nuvarande tillståndet[...] [Denna] förmågan att återhämta sig från förändring och att anpassa sig till det nuvarande tillståndet genom altruistisk, kooperativ och samtidigt förekommande beteende anses vara en nyckelegenskap för mikrobiell samhällsintelligens."

Många bakterier som uppvisar komplexa beteenden eller koordination är kraftigt närvarande i marken i form av biofilmer. Mikrorovdjur som bebor mark, inklusive sociala rovbakterier, har betydande konsekvenser för dess ekologi. Den biologiska mångfalden i marken, som delvis hanteras av dessa mikropredatorer, är av stor betydelse för kolets kretslopp och ekosystemens funktion.

Den komplicerade interaktionen mellan mikrober i jorden har föreslagits som en potentiell kolsänka . Bioaugmentation har föreslagits som en metod för att öka "intelligensen" hos mikrobiella samhällen, det vill säga att lägga till genomen från autotrofa , kolfixerande eller kvävefixerande bakterier till deras metagenom .

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microbial_intelligence&oldid=1136783655 "