За якими правилами пересувається амеба?

За якими правилами пересувається амеба?
Амеба на синьому фоні

Амеба – одноклітинний організм, належить до найпростіших. Не має постійної форми тіла, бо в неї відсутня пелікула (захисна плівка з ущільненої протоплазми). Ззовні тіло амеби вкрите тонкою цитоплазматичною мембраною, під нею – шар досить щільної ектоплазми, далі знаходиться зерниста напіврідка ендоплазма, яка складає основну масу тіла амеби.

Пересувається амеба за допомогою псевдоподій (несправжніх ніжок), які виникають-зникають-перетікають під час її руху. Слід зазначити, що псевдоподії служать не тільки для пересуваня амеби, а й для заковтування їжі, і навряд чи хтось вважає амебу високоінтелектуальною особиною, адже у неї навіть немає нервової системи в звичному нам розумінні.

Група вчених з Токійського університету Кейо використовувала цей одноклітинний організм для вирішення математичної задачі. На подив вчених амеба впоралася з нею швидше і ефективніше, ніж потужний комп’ютер.

Завдання, яке належало вирішити, носить назву «завдання комівояжера». Воно полягало в наступному: уявіть, що ви комівояжер, який переїжджає з міста в місто, продаючи свої товари. Вам потрібно бути максимально ефективним, щоб заробити якомога більше грошей, тому ви хочете знайти найкоротший шлях, який дозволить вам потрапити в кожне місто на маршруті слідування. При цьому не існує математичної формули, щоб знайти найбільш ефективний маршрут. Єдиний спосіб вирішити проблему – обчислити довжину кожного маршруту і подивитися, який з них найкоротший.

Але це ще не все: розрахунок відстані стає тим складніше, чим більше міст додається до маршруту: до 4-х міст є тільки 3 маршрути, а ось до 6 міст маршрутів вже 360. Це робить «завдання комівояжера» однією з проблем, яку вчені називають «NP hard». Тобто проблема, складність якої зростає по експоненті навіть через незначне збільшення показників. До такого ж типу завдань відноситься, наприклад, Майнінг криптовалюта, тому знаходити їх рішення на сьогоднішній день є досить важливим.

У своїй роботі японські вчені використовували амебу Physarum polycephalum, а конкретніше – її слиз, який вона поширює в якості «розвідника». Істоту помістили в спеціальну камеру, в якій було безліч каналів. В кінці кожного з каналів дослідники розмістили трохи води. Коли амеба отримувала воду – в одному з сусідніх каналів гасло світло. Канал в даному випадку був аналогом шляху до міста з «завдання комівояжера».

Коли амеба дотягується до води, це впливає на ймовірність того, що світло згасне в каналах, які є наступними містами на маршруті. Чим далі розташоване місто, тим частіше в його каналі буде гаснути світло. Це може здатися неймовірним, але додавання нових «міст» не збільшувало час, який потрібно витратити на вирішення завдання і шлях по каналах завжди залишався найкоротшим. На відміну від комп’ютера, амебі не потрібно було розраховувати кожну конкретну відстань, щоб обчислити оптимальну. Замість цього вона реагує на зміну умов і визначає найкращу можливу траєкторію руху.

«Механізм, який впливає на швидкість прийняття рішення амебою і те, як вона обчислює найбільш короткий шлях дотепер залишається загадкою. З’ясувавши це, ми зможемо знайти шляхи швидкого вирішення складних обчислювальних завдань і навіть поліпшити системи безпеки», – говорить провідний автор дослідження Масаши Аоно.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*