The baffling intelligence of a single cell (2024)

Химотаксис — элементарная форма «интеллекта» у одной клетки E. coli: без мозга, но с обонянием, волей и памятью. Клетка «нюхает» химические вещества рецепторами и решает, плыть прямо (бег) или вращаться на месте (кувырок). Шесть-семь жгутиковых моторов вращают хлысты: когда все крутятся в одну сторону, хлысты собираются в пучок и толкают клетку вперёд; стоит одному мотору изменить направление, пучок распадается, и клетка беспорядочно вращается. В однородной среде бег длится около секунды — примерно в десять раз дольше кувырка. Соотношение и длительность фаз настроены так, чтобы балансировать исследование и использование ресурсов: слишком длинные пробежки уводят от пищи, слишком короткие не позволяют её найти.

Ключевая роль принадлежит сигнальной молекуле CheY: она постоянно перемещается в цитоплазме, связываясь с рецепторами и моторами. При столкновении с рецептором она фосфорилируется, превращаясь в CheY-p, который сильно сроднится к моторам; при достаточном связывании мотор меняет направление вращения, вызывая кувырок. Если концентрация привлекающего вещества растёт, клетка подавляет кувырки и продлевает бег, что позволяет ей двигаться к источнику, несмотря на случайность отдельных фаз. Этот процесс демонстрирует, как структура белка определяет функцию, как мембрана контролирует поток информации, как химические модификации хранят состояние и как работает молекулярный наномашина — жгутиковый мотор.

Комментарии (108)

Обсуждение показало, что определение интеллекта остаётся спорным, но многие видят в химотаксисе элемент решения задачи, сравнивают клетку с нейронной сетью и подчеркивают её роль как распределённого вычислительного устройства, а также обсуждают эволюционные и автопоэтические аспекты. PowerElectronix считает химотаксис лишь автоматическим механизмом, а не интеллектом; другие участники утверждают, что способность решать задачу поиска питательных веществ уже является проявлением интеллекта. lysium отмечает, что всё зависит от определения интеллекта: если решением задачи кормления считать проявлением интеллекта, то химотаксис клетки можно назвать интеллектуальным. Mistletoe сравнивает химотаксис с работой больших языковых моделей, утверждая, что интеллект может быть полностью автоматическим. dekhn сравнивает одноклеточный организм с искусственной нейронной сетью, подчеркивая, что реальный нейрон обладает свойствами, недоступными текущим ANN. alienbaby поясняет, что искусственные нейроны — лишь приближённые математические функции, тогда как реальные нейроны реагируют на окружение сложными биохимическими процессами. ano-ther восхищается тем, как сложные системы возникают через случайные мутации, и задаётся вопросом, как эволюция избегает застревания в локальных оптимумах. echelon описывает клетку как распределённый суперкомпьютер: ДНК — компьютер, мембрана — сеть, сигналы — обработка информации. netfortius связывает обсуждение с концепцией автопоэза М. Матуара, подчёркивая самоподдержание клетки как фундамент интеллекта. Transformanshen задаётся вопросом, использует ли клетка тот же вычислительный примитив, что и нейрон, и хранит ли она состояние через химические модификации. Mistletoe отмечает, что даже нейроны работают автоматически, тем самым размывая границу между «интеллектом» и «механизмом».