Se vocênão tivesse um cérebro, ainda poderia descobrir onde estava e navegar ao seu redor? Graças a novas pesquisas sobre fungos viscosos, a resposta pode ser "sim". Cientistas do Wyss Institute da Harvard University e do Allen Discovery Center da Tufts University descobriram que um fungo viscoso sem cérebro chamado Physarum polycephalum usa seu corpo para detectar sinais meca¢nicos em seu ambiente circundante e realiza ca¡lculos semelhantes ao que chamamos de "pensamento" para decidir em que direção crescer com base nessas informações. Ao contra¡rio de estudos anteriores com Physarum, esses resultados foram obtidos sem dar ao organismo qualquer alimento ou sinais químicos para influenciar seu comportamento. O estudo foi publicado em Advanced Materials.

"As pessoas estãose tornando mais interessadas no Physarum porque ele não tem um cérebro, mas ainda pode realizar muitos dos comportamentos que associamos ao pensamento, como resolver labirintos, aprender coisas novas e prever eventos", disse a primeira autora Nirosha Murugan , um ex-membro do Allen Discovery Centre que agora éum professor assistente na Algoma University em Onta¡rio, Canada¡. "Descobrir como a vida protointeligente consegue fazer esse tipo de computação nos da¡ mais informações sobre os fundamentos da cognição e do comportamento animal, incluindo o nosso pra³prio."

Os fungos viscosos são organismos semelhantes a amebas que podem atingir vários metros de comprimento e ajudam a decompor a matéria em decomposição do ambiente, como troncos apodrecidos, cobertura morta e folhas mortas. Uma única criatura Physarum consiste em uma membrana contendo muitos núcleos celulares flutuando dentro de um citoplasma compartilhado, criando uma estrutura chamada sinca­cio. Physarum move-se lana§ando seu citoplasma aquoso para frente e para trás por todo o comprimento de seu corpo em ondas regulares, um processo aºnico conhecido como fluxo conta­nuo.

"Com a maioria dos animais, não podemos ver o que estãomudando dentro do cérebro enquanto o animal toma decisaµes. Physarum oferece uma oportunidade cienta­fica realmente empolgante porque podemos observar suas decisaµes sobre para onde se mover em tempo real, observando como seu comportamento de fluxo de transporte muda. ", disse Murugan. Embora estudos anteriores tenham mostrado que o Physarum se move em resposta aos produtos químicos e a  luz, Murugan e sua equipe queriam saber se ele poderia tomar decisaµes sobre para onde se mover com base apenas em sinais fa­sicos em seu ambiente.

Os pesquisadores colocaram espanãcimes de Physarum no centro de placas de Petri revestidas com um gel de a¡gar semiflexa­vel e colocaram um ou três pequenos discos de vidro lado a lado no topo do gel em lados opostos de cada placa. Eles então permitiram que os organismos crescessem livremente no escuro ao longo de 24 horas e rastrearam seus padraµes de crescimento. Durante as primeiras 12 a 14 horas, o Physarum cresceu uniformemente em todas as direções; depois disso, no entanto, os espanãcimes estendiam um longo ramo que crescia diretamente sobre asuperfÍcie do gel em direção a  regia£o dos três discos 70% das vezes. Notavelmente, o Physarum escolheu crescer em direção a  massa maior sem primeiro explorar fisicamente a área para confirmar que ele realmente continha o objeto maior.

Como ele realizou essa exploração de seus arredores antes de ir fisicamente para la¡? Os cientistas estavam determinados a descobrir.

Os pesquisadores experimentaram várias varia¡veis ​​para ver como elas afetaram as decisaµes de crescimento do Physarum e notaram algo incomum: quando eles empilharam os mesmos três discos um sobre o outro, o organismo parecia perder sua capacidade de distinguir entre os três discos e o aºnico disco . Ele cresceu em ambos os lados do prato em taxas aproximadamente iguais, apesar do fato de que os três discos empilhados ainda tinham uma massa maior. Claramente, Physarum estava usando outro fator além da massa para decidir onde crescer.

Para descobrir a pea§a que faltava no quebra-cabea§a, os cientistas usaram modelagem de computador para criar uma simulação de seu experimento para explorar como a mudança da massa dos discos impactaria a quantidade de tensão (força) e deformação (deformação) aplicada ao semi gel flexa­vel e o Physarum crescente anexado. Como eles esperavam, massas maiores aumentaram a quantidade de deformação, mas a simulação revelou que os padraµes de deformação que as massas produziram mudaram, dependendo da disposição dos discos.

"Imagine que vocêestãodirigindo na rodovia a  noite e procurando uma cidade para parar. Vocaª vaª dois arranjos diferentes de luz no horizonte: um aºnico ponto brilhante e um aglomerado de pontos menos brilhantes. Enquanto o ponto aºnico émais brilhante, o aglomerado de pontos ilumina uma área mais ampla que émais prova¡vel de indicar uma cidade, e então vocêse dirige para la¡ ", disse o co-autor Richard Novak, Ph.D., Engenheiro Chefe do Wyss Institute. "Os padraµes de luz neste exemplo são ana¡logos aos padraµes de deformação meca¢nica produzidos por diferentes arranjos de massa em nosso modelo. Nossos experimentos confirmaram que o Physarum pode senti-los fisicamente e tomar decisaµes com base em padraµes ao invanãs de simplesmente na intensidade do sinal."

A pesquisa da equipe demonstrou que essa criatura sem cérebro não estava simplesmente crescendo em direção a  coisa mais pesada que podia sentir - estava tomando uma decisão calculada sobre onde crescer com base nos padraµes relativos de tensão detectada em seu ambiente.

Mas como ele detectou esses padraµes de deformação? Os cientistas suspeitaram que isso tivesse a ver com a capacidade do Physarum de se contrair ritmicamente e puxar seu substrato, porque a pulsação e a detecção dasmudanças resultantes na deformação do substrato permitem que o organismo obtenha informações sobre seus arredores. Outros animais tem protea­nas de canal especiais em suas membranas celulares, chamadas protea­nas semelhantes a TRP, que detectam o alongamento, e o coautor e diretor fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, MD, Ph.D, havia mostrado anteriormente que uma dessas protea­nas TRP medeia o mecanossensor em células humanas . Quando a equipe criou um potente medicamento bloqueador de canais de TRP e o aplicou ao Physarum, o organismo perdeu sua capacidade de distinguir entre massas altas e baixas,

"Nossa descoberta do uso da biomeca¢nica desse bolor limoso para sondar e reagir ao ambiente circundante ressalta o quanto cedo essa capacidade evoluiu nos organismos vivos e como a inteligaªncia, o comportamento e a morfogaªnese estãointimamente relacionados. Neste organismo, que cresce para interagir com mundo, sua mudança de forma éseu comportamento. Outra pesquisa mostrou que estratanãgias semelhantes são usadas por células em animais mais complexos, incluindo neura´nios, células-tronco e células cancerosas. Este trabalho no Physarum oferece um novo modelo para explorar as formas em que a evolução usa a física para implementar a cognição primitiva que impulsiona a forma e a função ", disse o autor correspondente Mike Levin, Ph.D., um membro do corpo docente associado da Wyss que também éo presidente Vannevar Bush e atua como diretor do Allen Discovery Center em Tufts Universidade.

A equipe de pesquisa estãocontinuando seu trabalho no Physarum, incluindo a investigação em que ponto no tempo ele toma a decisão de mudar seu padrãode crescimento de amostragem generalizada de seu ambiente para crescimento direcionado a um alvo. Eles também estãoexplorando como outros fatores fa­sicos, como a aceleração e o transporte de nutrientes, podem afetar o crescimento e o comportamento do Physarum.

"Este estudo confirma mais uma vez que as forças meca¢nicas desempenham um papel tão importante no controle do comportamento e do desenvolvimento celular quanto os produtos químicos e os genes, e o processo de mecanosensação descoberto neste organismo simples sem cérebro ésurpreendentemente semelhante ao que évisto em todas as espanãcies, incluindo humanos ", disse Ingber. "Assim, uma compreensão mais profunda de como os organismos usam as informações biomeca¢nicas para tomar decisaµes nos ajudara¡ a entender melhor nossos pra³prios corpos e cérebros e talvez atémesmo fornecer uma visão sobre novas formas de computação bioinspiradas." Ingber étambém Professor Judah Folkman de Biologia Vascular na Harvard Medical School e Boston Children's Hospital, e Professor de Bioengenharia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson.