Ученые обнаружили сложную электрическую активность у мхов: они работают как медленный мозг

Мхи — одни из самых древних растений, появившихся в ископаемой летописи, однако они далеко не так примитивны, как считалось ранее. Новое исследование, опубликованное в журнале Royal Society Open Science, показывает, что подушки мха производят удивительно сложную электрическую активность, волны которой распространяются по бархатистой поверхности динамическими узорами.

Исследователь и его метод

Единственный автор исследования — Энди Адамацки, ученый в области компьютерных наук, чей интерес к нетрадиционным «вычислительным» системам, таким как слизевики, скопления клеток и грибные сети, привел его к новому объекту изучения: обыкновенному мху вида Brachythecium rutabulum. Адамацки пишет, что растения и мохообразные демонстрируют разнообразные формы электрической активности, однако организации эндогенных сигналов у мхов уделялось мало внимания. Его выводы показывают, что подушки мха ведут себя как пространственно распределенные возбудимые системы, потенциально способные координировать и интегрировать электрические сигналы как в пространстве, так и во времени.

Устройство мха

Подушки мха на самом деле представляют собой множество отдельных клонов одного крошечного растения. При близком рассмотрении видно, что подушка состоит из простых крошечных листьев на стеблях, похожих на листья более крупных родственных растений. Однако стебли мхов гораздо менее эффективны в транспорте воды и питательных веществ по телу растения. У мхов так и не развились сосудистые системы, которые есть у более сложных растений, поэтому они не могут вырасти выше нескольких сантиметров. Их листовидные структуры имеют толщину всего в одну клетку; у них даже нет корней. Однако это не означает, что они не способны передавать информацию по колонии другими способами.

Эксперимент и наблюдения

Для исследования Адамацки собрал подушки мха B. rutabulum из природной среды в Северном Сомерсете в Великобритании. В лаборатории он вставил электроды в скопления мха, чтобы отслеживать любую электрическую активность, которая могла бы проходить через эту влажную зеленую субстанцию. Как и многие растения, мох живет в замедленном темпе, поэтому Адамацки записывал его электрическое поведение в течение нескольких дней.

Это выявило богатый репертуар электрических событий, включая компоненты, соответствующие как физиологической активности, так и более медленным процессам: быстрые колебательные всплески, более медленные ритмические колебания и очень медленные волны деполяризации. Кроме того, наблюдались всплески, напоминающие потенциалы действия высокой амплитуды и похожие на нейронные разряды. Некоторые электрические волны мха были быстрыми, другие колебались медленно. Они имели тенденцию распространяться по всей подушке, а не оставаться в пределах определенной области, и следовали паттернам в разных временных масштабах. Эти результаты показывают, что мох ведет себя как динамическая, взаимосвязанная система, а не как совокупность независимых клеток.

Ограничения исследования

Однако у исследования есть несколько ограничений. Во-первых, не было контрольных записей, использующих тот же метод электродов на инертном субстрате, чтобы исключить возможность того, что электрические сигналы являются результатом чего-то иного, а не самого мха — например, самих инструментов. Во-вторых, использование мха, собранного в природе, вносит элемент хаоса: неясно, могли ли загрязнения, разный уровень влажности или другие факторы повлиять на поток электричества. Прежде чем можно будет узнать, могут ли мхи действовать как «отзывчивые сенсорные сети или распределенные биовычислительные субстраты», необходимы гораздо более детальные исследования.

Значение открытия

Многоуровневая организация, обнаруженная в ходе исследования, подтверждает emerging view, что мох может служить естественной, энергоэффективной живой основой для биогибридного сенсорного и нетрадиционного вычисления. Даже простое знание того, чем занимаются эти маленькие зеленые растения в трещинах и укромных уголках окружающего нас мира, вызывает удивление и открывает новые горизонты для исследований в области биоинженерии и нейроморфных вычислений.