Inteligencia microbiana - Microbial intelligence

La inteligencia microbiana (conocida como inteligencia bacteriana ) es la inteligencia que muestran los microorganismos . El concepto abarca el comportamiento adaptativo complejo mostrado por células individuales y el comportamiento altruista o cooperativo en poblaciones de células similares o diferentes mediadas por señales químicas que inducen cambios fisiológicos o de comportamiento en las células e influyen en las estructuras de las colonias.

Las células complejas, como los protozoos o las algas , muestran habilidades notables para organizarse en circunstancias cambiantes. La construcción de caparazones mediante amebas revela una discriminación compleja y habilidades de manipulación que normalmente se cree que ocurren solo en organismos multicelulares.

Incluso las bacterias pueden mostrar un mayor comportamiento como población. Estos comportamientos ocurren en poblaciones de una sola especie o en poblaciones de especies mixtas. Algunos ejemplos son colonias o enjambres de mixobacterias , detección de quórum y biopelículas .

Se ha sugerido que una colonia de bacterias imita vagamente una red neuronal biológica . Las bacterias pueden tomar entradas en forma de señales químicas, procesarlas y luego producir productos químicos de salida para señalar a otras bacterias en la colonia.

Las bacterias de comunicación y auto-organización en el contexto de la teoría de redes ha sido investigado por Eshel Ben-Jacob grupo de investigación en la Universidad de Tel Aviv , que desarrolló un fractal modelo de colonia bacteriana y patrones lingüísticos y sociales identificados en el ciclo de vida de la colonia.

Ejemplos de inteligencia microbiana

Bacteriano

  • Las biopelículas bacterianas pueden surgir a través del comportamiento colectivo de miles o millones de células.
  • Las biopelículas formadas por Bacillus subtilis pueden utilizar señales eléctricas (transmisión de iones) para sincronizar el crecimiento de modo que las células más internas de la biopelícula no mueran de hambre.
  • Bajo estrés nutricional, las colonias bacterianas pueden organizarse de tal manera que maximicen la disponibilidad de nutrientes.
  • Las bacterias se reorganizan bajo el estrés de los antibióticos .
  • Las bacterias pueden intercambiar genes (como los genes que codifican la resistencia a los antibióticos ) entre miembros de colonias de especies mixtas.
  • Las células individuales de las mixobacterias se coordinan para producir estructuras complejas o moverse como entidades sociales. Las mixobacterias se mueven y se alimentan cooperativamente en grupos depredadores, conocidos como enjambres o manadas de lobos, con múltiples formas de señalización y varios polisacáridos juegan un papel importante.
  • Las poblaciones de bacterias utilizan la detección de quórum para juzgar sus propias densidades y cambiar sus comportamientos en consecuencia. Esto ocurre en la formación de biopelículas, procesos de enfermedades infecciosas y los órganos de luz del calamar bobtail .
  • Para que cualquier bacteria entre en la célula de un huésped, la célula debe mostrar receptores a los que las bacterias puedan adherirse y poder ingresar a la célula. Algunas cepas de E. coli pueden internalizarse en la célula del huésped incluso sin la presencia de receptores específicos, ya que traen su propio receptor al que luego se adhieren y entran en la célula.
  • Bajo la limitación de nutrientes, algunas bacterias se transforman en endosporas para resistir el calor y la deshidratación.
  • Una gran variedad de microorganismos tienen la capacidad de superar el reconocimiento del sistema inmunológico a medida que cambian sus antígenos de superficie, de modo que cualquier mecanismo de defensa dirigido contra antígenos previamente presentes ahora es inútil con los recién expresados.
  • En abril de 2020 se informó que los colectivos de bacterias tienen una forma de memoria de trabajo basada en el potencial de membrana . Cuando los científicos arrojaron luz sobre una biopelícula de bacterias, las impresiones ópticas duraron horas después del estímulo inicial, ya que las células expuestas a la luz respondieron de manera diferente a las oscilaciones en los potenciales de membrana debido a cambios en sus canales de potasio .

Protistas

  • Las células individuales de los mohos de limo celular se coordinan para producir estructuras complejas o moverse como entidades multicelulares. El biólogo John Bonner señaló que aunque los mohos de limo son “no más que una bolsa de amebas encerradas en una fina vaina de limo, logran tener varios comportamientos que son iguales a los de los animales que poseen músculos y nervios con ganglios , es decir, cerebros simples ".
  • El ciliado unicelular Stentor roeselii expresa una especie de "jerarquía conductual" y puede "cambiar de opinión" si su respuesta a un irritante no alivia el irritante, lo que implica un sentido muy especulativo de "cognición".
  • Paramecium , específicamente P. caudatum , es capaz de aprender a asociar la luz intensa con estímulos como descargas eléctricas en su medio de natación; aunque parece ser incapaz de asociar la oscuridad con descargas eléctricas.
  • El protozoario ciliado Tetrahymena tiene la capacidad de 'memorizar' la geometría de su área de nado. Las células que fueron separadas y confinadas en una gota de agua, recapitularon trayectorias circulares de natación al ser liberadas. Esto puede deberse principalmente a un aumento del calcio intracelular.

Aplicaciones

Optimización de colonias bacterianas

La optimización de colonias bacterianas es un algoritmo utilizado en la computación evolutiva . El algoritmo se basa en un modelo de ciclo de vida que simula algunos comportamientos típicos de la bacteria E. coli durante todo su ciclo de vida, incluida la quimiotaxis, la comunicación, la eliminación, la reproducción y la migración.

Computación de moho de limo

Se pueden construir circuitos lógicos con moldes de limo. Los experimentos de sistemas distribuidos los han utilizado para aproximar gráficos de autopistas. El moho de lodo Physarum polycephalum es capaz de resolver el problema del vendedor ambulante , una prueba combinatoria con una complejidad que aumenta exponencialmente, en tiempo lineal .

Ecología del suelo

La inteligencia de la comunidad microbiana se encuentra en los ecosistemas del suelo en forma de comportamientos adaptativos y metabolismos interactivos. Según Ferreira et al., "La microbiota del suelo tiene su propia capacidad única para recuperarse del cambio y adaptarse al estado actual [...] [Esta] capacidad para recuperarse del cambio y adaptarse al estado actual mediante métodos altruistas, cooperativos y el comportamiento concurrente se considera un atributo clave de la inteligencia de la comunidad microbiana ".

Muchas bacterias que exhiben comportamientos complejos o coordinación están muy presentes en el suelo en forma de biopelículas. Los micropredadores que habitan el suelo, incluidas las bacterias depredadoras sociales, tienen implicaciones significativas para su ecología. La biodiversidad del suelo, gestionada en parte por estos micropredadores, es de gran importancia para el ciclo del carbono y el funcionamiento de los ecosistemas.

Se ha propuesto la complicada interacción de los microbios en el suelo como un sumidero de carbono potencial . Se ha sugerido la bioaumentación como un método para aumentar la "inteligencia" de las comunidades microbianas, es decir, agregar los genomas de bacterias autótrofas , fijadoras de carbono o fijadoras de nitrógeno a su metagenoma .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos