黏菌是什麼生物，真的有這麼神奇嗎？

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今天在微博看到博物雜誌分享的一個視頻一個有趣的科學視頻
裡面講到黏菌可以走迷宮，能夠以最小的消耗來建立路線（比東京鐵路設計得還好），還有能夠控制機器人。我越看越不能理解，走迷宮，建立最短路線就算了，控制機器人是什麼鬼？
視頻中直接把黏菌的一部分切下來放到電路板上就能控制機器人？之前還說這是個單細胞生物，單細胞生物切一部分下來有什麼用？

黏菌是變形蟲門錐足亞門黏菌下門的生物總稱。和變形蟲是近親。系統發生學上變形蟲們應該是動物和真菌共同的姐妹群。

關於走迷宮是醬紫的：
Nakagaki et al., (2000, 2001, 2007) 發現黏菌會伸展自己的細胞質並覆蓋住整個迷宮平面直至發現食物，然後縮回多餘的部分只剩下最短路徑，如下圖所示（Nakagaki 2001):

白線是最短路徑，AG是起點和終點。黏菌先布滿整個迷宮，然後依最短路徑縮回多餘的部分。

Reid et al.(2012) 進一步發現當黏菌無法事先布滿整個空間的時候，它們會進行自由式的空間移動探索。在探索的過程中會在介質表面留下粘液標記，並會避免回到有粘液標記的地方，這樣就不會走回頭路。如圖：

D是已經被探索過並被粘液標記的地方，黏菌會避免再向那個方向生長並向新的空間探索。

關於機器人的故事其實沒有那麼誇張啦。Tsuda et al.(2007)做了個機器人如下圖：

機器人有六條腿，黏菌也被關在下面一個六邊形的盒子裡面。盒子會模擬機器人感受到的光線方位和強度給黏菌以同樣的刺激。黏菌會往暗處跑，黏菌的移動方向會反饋給機器人控制它移動，最後機器人就跑到暗處去了。

這個故事告訴我們路痴連單細胞黏菌都不如。

路痴就是人間失格，嗷嗷嗷嗷。

做reference list 是因為今天做了泡菜罈子，感覺自己萌萌噠：
Nakagaki T. et al. 2000. Maze-solving by an amoeboid organism. Nature 407:470.

Nakagaki T. et al. 2001. Path finding by tube morphogenesis in an amoeboid organism. Biophys Chem 92: 47-52.

Nakagaki T. et al. 2007. Minimum-risk path finding by an adaptive amoebal network. Phys Rev Lett 99: 068104.

Reid CR. et al. 2012. Slime mold uses an externalized spatial "memory" to navigate in complex environments. PNAS 109: 17490-17494.

Tsuda S. et al. 2001. Robot control with biological cells. Biosystems 87:215-223.

沒人提東京地鐵的實驗嗎？這篇文獻裡面有數學解釋而且是活生生的仿生學哎！
2010年1月22日 ScienceMag Vol.327

實驗用到的是Physarum polycephalum，是最早人工培養的一批真核生物細胞，分類上暫時放到了變形蟲門。長什麼樣子大家也都見到了，他們一般會把真菌孢子、細菌等等作為食物。黏菌是真核生物！不是粘液細菌！

實驗很簡單，用黏菌避光的特性，用光斑模擬海岸線和地形，在東京附近重要的地鐵站對應的位置放上食物：
這是只有海岸線的時候，黏菌鋪張、求出最省連通路徑的過程圖：

下面是用光的強度模擬水域和地勢的結果，灰度越高代表光強度越弱（海拔在海平面以上同時越低）。

專業的建模分析就不贅述了，科學家最後的原理是黏菌形成的微網路當中，「遠路」攜帶的營養運送過程中消耗大，因而流速低，直徑逐漸收縮；而「捷徑」流速更大，直徑逐漸增大。這樣，整個網格就逐漸收縮到最優解上。實際上是一種類似於蟻群演算法的退火演算法。
實驗者模擬了一下這個演算法，解出來的結果和黏菌搜索的結果相差無幾：

PS：作為三者的邊緣性交集，這篇文章我看下來的感覺是這樣的：
生物狗：哇這個數學模型建的好牛啊，還模擬，太厲害了！不過生物部分的實驗好簡單……
程序猿：哇這個數學模型和仿生學結合起來，太厲害了！不過演算法有點老掉牙……
數學家：哇這個仿生學和程序結合的真是6，太厲害了！不過這個數學模型建的真是粗糙……
= =嗯，差不多就是這樣……
（所以我們老闆也在逼我們做類似的工作……簡單的實驗拿來忽悠三撥人……）

其實黏菌還有一個經常被提到的特點：在低密度的時候表現得像單細胞，而高密度或者食物告罄的時候，部分個體就會釋放出凝集素，吸引其他個體聚集成一個多細胞表現的整體，進而完成各種功能，尤其是繁殖。黏菌的子實體非常漂（mi）亮（kong）：

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（圖片來自維基百科：File:Schleimpilz Urwald Sababurg.jpg）
這些平時的散兵游勇，到了繁殖的時候就聚集起來，像真菌一樣生長出子實體，產生孢子進行繁殖。想想還是挺有趣的。

*
　　關於黏菌的尋路問題，雖然很有意思，但實在稱不上神奇吧？其他生物找食物基本也是最近距離去啊。只不過黏菌的路線可以明顯看到。

　　黏菌真正神奇之處我認為在其生殖過程。黏菌是有性生殖，在需要繁殖時候，黏菌會變成子實體。像這樣↓

　　子實體會將孢子釋放出去。放出的孢子變成生殖細胞，一個極其強悍的生殖細胞——可以吃東西。類似於，人類的精子游累了，半路埋鍋造飯，飽餐戰飯，養精蓄銳，繼續前進。↓

　　由於黏菌是同配生殖，所以生殖細胞需要找到另外一個異性的生殖細胞。

　　問題就出在異性這裡，由於黏菌的性別由三個基因座決定：matA（13種變型），matB（13種變型）和matC（3種變型）。所以黏菌的性別超過500種。

神奇之處出現：一般人聽到這裡都會感嘆：那黏菌要找到對象豈不是太難了！（這種想法太神奇了！）

　　錯！黏菌不是gay！異性才能繁殖啊！黏菌找到另外一個和自己的三個基因座完全不同的生殖細胞的概率超大！如果人也有500多種性別，就不用非得找妹子了。。。

(完)

====更===新===
說好吃的朋友來舔一口~

好吧其實我是來安利的，以下內容均非本人所寫，我只是一個小小的蟻兵
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該文為《生命世界》雜誌2014年第7期卷首語
作者：李玉（中國工程院院士，吉林農業大學教授，國際藥用菌學會會長）

暗紅團網菌Arcyria denudata

　　在菌物大家族中，有一種個體嬌小、形態多樣、色彩艷麗，結構精巧，既像動物又像植物的生命物質，即黏菌。生物學家們關於黏菌的分類歸屬問題爭論了近百年，其實它是一種由菌物學家來研究的原生動物。

彩囊鈣絲菌 Badhamia utricularis

　　相對於蘑菇來說，黏菌的子實體要小得多，其高度甚至只能用毫米或微米來計算，但其形態卻是多種多樣。有的有柄，有的無柄；有的呈塊狀、絲狀、球狀；有的呈網狀、燈籠狀、掛鐘狀；有的如扭曲的繩索，有的似花如蕾。黏菌的顏色也是豐富多彩的，灰、褐、黃、紫、青、紅、橙、赭、白等等，琳琅滿目，它們共同構成了一幅色彩斑斕的畫卷，點綴著大自然的美麗。

垂絲菌Enerthenema papillatum

　　黏菌雖然並不為人們所熟知，但是它有著悠久的歷史，早在100萬年前就已經出現了。不過，自然學家發現黏菌的存在只有區區數百年，直到今天人類才真正開始了解它的「前世今生」。在全世界，黏菌大約有875個種，它具有豐富的類群，廣泛的分布。黏菌通常喜歡生長在陰涼潮濕的地方，喜歡溫暖濕潤的森林地帶。只要可以生長植物，有枯枝爛葉的地方，我們都可以追尋到黏菌的足跡。少數種甚至可以在極地、高寒地區和熱帶地區生長，足見它的分布十分廣泛，生命力是何等頑強。

淡黃絨泡菌Physarum melleum

　　在大自然的舞台上，每一種生物都有自己的角色。就像其他動植物一樣，黏菌在生物鏈上扮演者不可或缺的角色。動植物死亡後，被微生物分解，黏菌隨後會吞食掉許多細菌，釋放出營養物質供其他有機體生長。

燈籠菌Dictydium cancellatum

　　黏菌的世界是一個充滿未知的世界。人們是從一點一滴的變化中開始探究其源。隨著生物學、細胞學、遺傳學、生物化學，尤其是分子生物技術的發展，關於黏菌的研究也進入了一個新的天地，它的神秘面紗逐漸被掀開。我國學者對黏菌的研究起步較晚，但至今已經取得了豐碩成果。

鵝絨菌 Ceratiomyxa fruticulosa

　　中國古代文獻中的「碧血」有人就認為是黏菌，至唐代的《本草拾遺》有了黏菌的確切記載，《本草綱目》進一步肯定了黏菌是一種治療人馬反花瘡的藥物。當穿越黏菌的時光隧道來到今天，黏菌的營養體以其獨特的性質更加引起了現代生物學家的興趣，將它作為豐富的活的原生質實驗材料。我們相信在不遠的將來，更多的藥物發現能從黏菌中得到啟發。最近科學家發現，這些簡單的生物體有著十分超級的才能，其處理信息的導航能力有望為生物計算機的研製等方面提供靈感。甚至有的科學家認為，理解這些黏菌的導航功能，是理解人類智慧的關鍵。

髮網菌 Stemonitis sp.

　　總之，黏菌和老百姓的生活是息息相關的，勢必在人類社會的進步中發揮著積極作用。

白頭高杯菌 Craterium leucocephalum

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難道只有我一個人一直對黏菌的英文很在意嗎？

slime mould，尼瑪這不是史萊姆嗎。。。

生物方面不大懂。。不過我覺得黏菌這種行為並不需要太「崇拜」。。
從最短路徑來說，黏菌說白了就是使用了窮舉；
至於視頻內說黏菌找到的地鐵路徑比人類更優，我覺得就更不妥當了，地鐵可不是說挖就挖的，鐵路也要考慮下地質的問題啊；
於是看到這裡就沒看往下機器人的例子了。。

不會爆炸能叫粘菌嗎？碎爺炸的我連媽都不認識了

細胞自動機

感覺這個找迷宮就是多線程的搜索啊，每個分叉開一個線程，每個線程完全並行執行。然後把路徑長的刪掉，路徑短的留下。