Imagine que você está entrando em uma floresta e rola sobre um tronco caído com o pé. Espalhando-se na parte inferior, há algo úmido e amarelo – um pouco como algo que você pode ter espirrado, se esse algo fosse amarelo-banana e se espalhou em elegantes ramos fractais.
O que você está vendo é a forma plasmódio de Physarum polycephalum, o bolor limoso de várias cabeças. Como outros fungos viscosos encontrados na natureza, ele cumpre um importante papel ecológico, auxiliando na decomposição da matéria orgânica para reciclá-la na cadeia alimentar.
Este pequeno organismo bizarro não tem cérebro ou sistema nervoso – seu corpo amarelo brilhante e inchado é apenas uma célula. Essa espécie de fungo viscoso tem prosperado, mais ou menos inalterada, por um bilhão de anos em seus habitats úmidos e decadentes.
E, na última década, tem mudado a forma como pensamos sobre cognição e resolução de problemas.
“Acho que é o mesmo tipo de revolução que ocorreu quando as pessoas perceberam que as plantas podiam se comunicar umas com as outras”, disse a bióloga Audrey Dussutour, do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica.
“Mesmo esses pequenos micróbios podem aprender. Isso lhe dá um pouco de humildade.”
P. polycephalum – adoravelmente apelidado de “A bolha” por Dussutour – não é exatamente raro. Ele pode ser encontrado em ambientes escuros, úmidos e frios, como a serapilheira no solo de uma floresta. Também é muito peculiar; embora o chamemos de ‘molde’, na verdade não é fungo. Nem é animal ou vegetal, mas um membro do reino protista – uma espécie de grupo abrangente para qualquer coisa que não possa ser categorizada nitidamente nos outros três reinos.
Ele começa sua vida com o número de células individuais, cada uma com um único núcleo. Em seguida, eles se fundem para formar o plasmódio, a fase vegetativa da vida em que o organismo se alimenta e cresce.
Nessa forma, espalhando-se nas veias em busca de alimento e explorar seu ambiente, ainda é uma única célula, mas contendo milhões ou até bilhões de núcleos nadando no fluido citoplasmático confinado dentro da membrana amarelo-brilhante.
Cognição sem cérebro
Como todos os organismos, P. polycephalum precisa ser capaz de tomar decisões sobre seu ambiente. Precisa buscar comida e evitar o perigo. Precisa encontrar as condições ideais para seu ciclo reprodutivo. E é aqui que nosso amiguinho amarelo fica realmente interessante. P. polycephalum não tem sistema nervoso central. Nem mesmo tem tecidos especializados.
Ainda assim, ele pode resolver quebra-cabeças complexos, como labirintos de labirinto, e lembrar novas substâncias. O tipo de tarefa que costumávamos pensar que apenas animais poderiam realizar.
“Estamos falando de cognição sem cérebro, obviamente, mas também sem neurônios. Portanto, os mecanismos subjacentes, toda a estrutura arquitetônica de como ela lida com as informações é totalmente diferente da maneira como seu cérebro funciona”, biólogo Chris Reid da Macquarie University, na Austrália, disse ao ScienceAlert.
“Ao fornecer a ele os mesmos desafios de resolução de problemas que tradicionalmente atribuímos aos animais com cérebro, podemos começar a ver como esse sistema fundamentalmente diferente pode chegar ao mesmo resultado. É onde fica claro que para muitos desses coisas – que sempre pensamos que exigiam um cérebro ou algum tipo de sistema de processamento de informações superior – isso nem sempre é necessário. ”
P. polycephalum é bem conhecido pela ciência. Décadas atrás, era, como explica o físico Hans-Günther Döbereiner, da Universidade de Bremen, na Alemanha, o “burro de carga da biologia celular”. Era fácil de clonar, manter e estudar.
No entanto, à medida que nossos kits de ferramentas de análise genética evoluíram, organismos como camundongos ou linhagens celulares como HeLa assumiram o controle e P. polycephalum caiu no esquecimento.
Em 2000, o biólogo Toshiyuki Nakagaki da RIKEN no Japão tirou a pequena besta da aposentadoria – e não para a biologia celular. Seu artigo, publicado na Nature, trazia o título “Maze-solving by an ameboid organism” – e foi exatamente isso que o P. polycephalum fez. Nakagaki e sua equipe colocaram um pedaço de plasmódio em uma extremidade de um labirinto, uma recompensa alimentar (aveia, porque P. polycephalum adora bactérias de aveia) na outra, e observaram o que acontecia.
Os resultados foram impressionantes. Este pequeno organismo acelular estranho conseguiu encontrar a rota mais rápida através de cada labirinto lançado nele.
“Isso desencadeou uma onda de pesquisas sobre os outros tipos de cenários mais difíceis com os quais podemos testar o bolor limoso”, diz Reid.
“Praticamente todos eles surpreenderam de uma forma ou de outra e surpreenderam os pesquisadores em como o bolor limoso realmente funcionava. Ele também revelou algumas limitações. Mas, principalmente, foi uma viagem de revelação sobre como essa criatura simples pode realizar tarefas que sempre foram dados e considerados domínio de organismos superiores. ”
Cheio de surpresas
Nakagaki recriou o metrô de Tóquio, com os nós das estações marcados com aveia; P. polycephalum o recriou quase exatamente – exceto que a versão do bolor limoso era mais resistente a danos, em que se um link fosse rompido, o resto da rede poderia continuar.
Ainda outra equipe de pesquisadores descobriu que o protista poderia resolver com eficiência o problema do caixeiro viajante, uma tarefa matemática exponencialmente complexa que os programadores usam rotineiramente para testar algoritmos.
No início deste ano, uma equipe de pesquisadores descobriu que o P. polycephalum pode “lembrar” onde havia anteriormente encontrado alimento com base na estrutura das veias dessa área. Isso ocorreu após uma pesquisa anterior de Dussutour e seus colegas, que descobriram que bolhas de bolor limoso podem aprender e lembrar substâncias de que eles não gostam e comunicar essa informação a outras bolhas de bolor limoso, uma vez que se fundem.
“Ainda estou surpreso com o quão, de certa forma, eles são complexos, porque sempre surpreendem você em um experimento, eles nunca fariam exatamente o que você escolheria”, diz Dussutour.
Em uma ocasião, sua equipe estava testando um meio de crescimento usado para células de mamíferos e queria ver se o limo gostaria.
“Ele odiava. Ele começou a construir uma estrutura tridimensional esquisita para que pudesse ir na frente e escapar. E eu fiquei tipo, ‘meu Deus, esse organismo’.”
Uma rede de processamento
Embora seja tecnicamente um organismo unicelular, P. polycephalum é considerado uma rede, exibindo um comportamento coletivo. Cada parte do molde de limo está operando de forma independente e compartilhando informações com as seções vizinhas, sem processamento centralizado.
“Acho que a analogia seria neurônios em um cérebro”, diz Reid. “Você tem um cérebro que é composto de muitos neurônios – é o mesmo para o bolor limoso.”
Physarym polycephalum, “The blob”
? Audrey Dussutour (@Docteur_Drey) 3 de abril de 2021
Network emergence
Oscillation waves#blob pic.twitter.com/kJUhH0w05a
Essa analogia do cérebro é realmente intrigante, e não seria a primeira vez que P. polycephalum seria comparado a uma rede de neurônios. A topologia e a estrutura das redes cerebrais e bolhas de fungos viscosos são muito semelhantes, e ambos os sistemas exibem oscilações.
Não está totalmente claro como a informação é propagada e compartilhada no fungo viscoso, mas sabemos que as veias do P. polycephalum se contraem para agir como uma bomba peristáltica, empurrando o fluido citoplasmático de seção em seção. E as oscilações neste fluido parecem coincidir com encontros com estímulos externos.
“Pensa-se que essas oscilações transmitem informações, processam informações, pela maneira como interagem e realmente produzem o comportamento ao mesmo tempo”, disse Döbereiner ao ScienceAlert.
“Se você tem uma rede de Physarum indo para um determinado alimento, ela muda o padrão de oscilação quando encontra açúcar: ela começa a oscilar mais rápido. Por causa dessas oscilações mais rápidas, todo o organismo começa a mudar seu padrão de oscilação e começa a fluir na direção onde a comida foi encontrada. ”
Ele e seus colegas publicaram recentemente um artigo demonstrando que essas oscilações são extraordinariamente semelhantes às oscilações vistas em um cérebro, apenas um sistema hidrodinâmico em vez de sinais elétricos.
“O que é relevante não é tanto o que oscila e como a informação é transportada”, explica ele, “mas que oscila e que uma topologia é relevante – é um neurônio conectado a 100 neurônios ou apenas a dois; é um neurônio conectado apenas a seus vizinhos ou está conectado a outro neurônio muito distante. ”
Definindo cognição
Por mais emocionantes que possam parecer suas escapadas, qualquer pesquisador que trabalhe com ele dirá que o P. polycephalum não é, em si mesmo, um cérebro. Não é capaz de processamento de nível superior ou raciocínio abstrato, pelo que podemos dizer.
Nem é, por mais intrigante que a noção possa parecer, provável que evolua para algo como um cérebro. O organismo teve um bilhão de anos para fazer isso e não mostra nenhum sinal de ir nessa direção (embora se algum escritor de ficção científica por aí gostarem da ideia, fique à vontade para segui-la).
Em termos de biologia geral, o bolor limoso é extremamente simples. E por isso mesmo, está mudando a forma como entendemos a solução de problemas.
Assim como outros organismos, ele precisa de comida, precisa navegar em seu ambiente e precisa de um lugar seguro para crescer e se reproduzir. Esses problemas podem ser complexos, mas P. polycephalum pode resolvê-los com sua arquitetura cognitiva extremamente limitada. Ele o faz de maneira simples e com suas próprias limitações, diz Reid, “mas isso em si é uma das coisas bonitas sobre o sistema”.
Em certo sentido, ele nos deixa com um organismo – uma bolha úmida, pegajosa e que ama a umidade – cuja cognição é fundamentalmente diferente da nossa. E, assim como o metrô de Tóquio, pode nos ensinar novas maneiras de resolver nossos próprios problemas.
“Está nos ensinando sobre a natureza da inteligência, realmente, desafiando certas visões e basicamente ampliando o conceito”, diz Reid.
“Isso nos força a desafiar essas crenças antropocêntricas de longa data de que somos únicos e capazes de muito mais do que outras criaturas.”
Publicado em 14/06/2021 02h24
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