Editat de James Hemphill Brown, Universitatea din New Mexico, Albuquerque, NM și aprobat pe 14 ianuarie 2010 (primit pentru examinare 23 octombrie 2009)

organismul

Articol conex

Abstract

Plasmodia Physarum polycephalum sunt celule unice multinucleate care se extind până la sute de centimetri pătrați. Citoplasma curge ritmic înainte și înapoi printr-o rețea de elemente tubulare, circulând substanțe nutritive și semnale chimice și formând pseudopode care permit organismului să navigheze și să răspundă la mediul său. Plasmodia sunt procesoare de informații distribuite, care, de exemplu, pot găsi cea mai scurtă rută printr-un labirint pentru a localiza alimentele (1), anticipa calendarul evenimentelor periodice (2) și rezolva problemele de foraj multiobjectiv (3).

Rezultate

Setare experimentala. (A) Experiment fără alegere, dieta 1: 2, cu o concentrație totală de 40 g · L -1. (B) Experiment de alegere, dieta 6: 1 vs. dieta 1: 2. (C) Experiment cu alegeri multiple. Matrița de nămol a fost plasată inițial în centrul vasului Petri.

Reglementarea „consumului” atunci când se confruntă cu două alimente care conțin conținut de proteine ​​(P) și carbohidrați (C). Rata medie de creștere [masa inițială (mg)/masa finală (mg)] ± SD în funcție de proporția medie de carbohidrați ingerați ± SD [aportul C/(aportul P + aportul C)], măsurat pentru experimentul de alegere binară SI Textul descrie metoda utilizată pentru estimarea aportului) (n = 10 fragmente de mucegai de mucegai pe tratament la alegere, concentrația totală dietetică de P și C în fiecare aliment a fost de 80 g · L -1). Curba neagră provine din experimentele fără alegere (Fig. 2C).

Reglementarea „consumului” atunci când se confruntă cu mai multe alimente care variază în conținut de proteine ​​și carbohidrați. (A) S-a observat o acoperire proporțională de către mucegaiurile de slime ale diferitelor alimente din gama de 11 alimente, comparativ cu proporția așteptată, dacă mucegaiurile de slime au crescut pentru a acoperi alimentele fără discriminare (n = 30 de mucegaiuri de slime). Pentru a testa dacă mucegaiurile de nămol au preferat un anumit raport nutrițional față de altele, am folosit un test binomial asupra numărului de mucegaiuri de nămol care acoperă fiecare dietă. Ipoteza nulă a fost că mucegaiurile de nămol ar putea acoperi fiecare aliment cu o probabilitate egală (am calculat probabilitatea de a acoperi un anumit aliment știind că o mucegai de nămol ar putea acoperi între 1 și 3 alimente la un moment dat, dar nu mai mult). Mucegaiurile de nămol au evitat în mod semnificativ dietele extrem de glucidice (C) orientate (test binomial: P −1). Curba neagră provine din experimentele fără alegere (Fig. 2C).

Discuţie

Controlul distribuit al reglării nutriționale a fost raportat pentru insectele sociale (14-18), dar implică furaje specializate care colectează substanțe nutritive pentru întreaga colonie și răspund la indicațiile nutriționale din interiorul cuibului. Aici am arătat că un alt sistem distribuit, plasmodiul P. polycephalum, este capabil să rezolve provocări nutriționale complexe fără a deține un centru de procesare centralizat sau agenți specializați de hrănire. Plasmodia a răspuns la concentrația și echilibrul macronutrienților din mediul lor și a reușit să-și modifice forma de creștere și mișcarea pentru a exploata resursele alimentare complementare și a reglementa aprovizionarea cu carbohidrați și proteine ​​la un raport țintă care să maximizeze performanța.

Studiul nostru a relevat alte două efecte ale concentrațiilor crescute de nutrienți. În primul rând, am observat că plasmodia s-a divizat atunci când concentrația de proteine ​​a fost mare. Fragmentarea este o formă de morfogeneză care determină o creștere a numărului de organisme independente. Poate apărea ca urmare a expunerii la iradiere UV (27) sau la temperaturi scăzute (28). Într-o altă mucegai celular mai primitiv, Echinostelium minutum, plasmodiul se împarte atunci când nucleele ating un anumit număr. Astfel, fragmentarea pe care am observat-o ar putea fi o expresie a diviziunii plasmodiale în condiții în care resursele de azot pentru creștere sunt abundente (29). O a doua consecință a concentrațiilor ridicate de nutrienți a fost că, cu cât concentrația de carbohidrați în mediu este mai mare, cu atât este mai mare incidența mortalității. Acest lucru poate fi legat de sensibilitatea matrițelor slime la presiunea osmotică ridicată (11, 30, 31). S-a sugerat că efectele osmotice ale concentrațiilor ridicate de zahăr provoacă atât o rată de migrație redusă (31, 32), cât și chimiotaxie negativă (11, 33). Glucoza sa dovedit a fi respingătoare la o concentrație ridicată (56 g · L -1) (33); aici, am constatat că niciuna dintre formele de nămol nu a supraviețuit atunci când concentrația de glucoză a depășit 60 g · L -1 .

Demonstrația noastră conform căreia hrănirea mucegaiului și performanța sunt determinate de mai multe monede nutritive are implicații dincolo de comportamentul acestor organisme ciudate. Înțelegerea monedelor nutriționale care modelează exploatarea resurselor alimentare de către organisme, cum ar fi mucegaiurile și ciupercile, precum și consecințele acestor decizii nutriționale asupra creșterii, formei și funcției, este de o importanță centrală pentru dezvoltarea modelelor de sol și ecologie a comunității de gunoi, biodiversitate și remedierea și au o semnificație mai largă pentru ciclul local și global al nutrienților și sechestrarea carbonului (34, 35).

Metode

Specii.

P. polycephalum este o matriță de nămol acelular, care este de obicei de culoare galbenă și locuiește în zone umbrite, reci și umede. În sălbăticie, P. polycephalum mănâncă bacterii și materie organică moartă. Pentru experiment, am folosit alimente sintetice care variază în raportul și concentrația de proteine ​​și carbohidrați digerabili (37).

Experiment dietetic fără alegere.

Am limitat 350 de fragmente de mucegai slime (greutate medie ± SD: 15,6 ± 4,4 mg, suprafață medie ± SD: 0,16 ± 0,4 cm 2) la 1 din 35 de diete variind atât în ​​raportul proteină-carbohidrați, cât și în concentrația totală de proteine ​​+ glucide. Am testat 17 rapoarte (9: 1, 8: 1, 7: 1, 6: 1, 5: 1, 4: 1, 3: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 5, 1: 6, 1: 7, 1: 8 și 1: 9) la o concentrație de 80 g · L −1 și 9 rapoarte (9: 1, 6: 1, 4: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2, 1: 4, 1: 6 și 1: 9) la alte două concentrații de 40 g · L −1 și 160 g · L −1. Fiecare matriță de nămol a fost plasată în centrul unei cutii Petri direct pe mâncare (diametru, 100 mm; înălțime, 15 mm) (Fig. 1A).

Choice Diet Experiment.

Am permis 60 de fragmente de mucegai slime (greutate medie ± SD: 14,03 ± 3,9 mg, suprafață medie ± SD: 0,15 ± 0,3 cm 2) pentru a selecta între alimentele care diferă prin conținutul lor de proteine ​​și carbohidrați. Experimentul a constat din șase opțiuni binare folosind 12 rapoarte proteină-carbohidrați cu o concentrație de proteine ​​+ carbohidrați de 80 g · L -1 (9: 1 vs. 1: 3, 8: 1 vs. 1: 4, 6: 1 vs. 1: 2, 4: 1 vs. 1: 8, 3: 1 vs. 1: 9 și 2: 1 vs. 1: 6). Fiecare matriță de nămol a fost plasată în centrul vasului Petri (diametru, 100 mm; înălțime, 15 m) la 5 mm distanță de cele două surse de hrană (diametru, 20 mm) (Fig. 1B).

Experiment de dietă cu alegeri multiple.

Am permis 30 de fragmente de mucegai slime (greutate medie ± SD: 16,03 ± 4,6 mg, suprafață medie ± SD: 0,17 ± 0,5 cm 2) pentru a selecta între 11 alimente care diferă prin conținutul lor de proteine ​​și carbohidrați (9: 1, 6: 1, 4: 1, 3: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 6 și 1: 9), toate cu o concentrație totală de proteine ​​+ carbohidrați de 80 g · L −1. Sursele de hrană au fost plasate de la alimentele cele mai influențate de proteine ​​la cele mai carbohidrate, în sensul acelor de ceasornic. Fiecare matriță de nămol a fost plasată în centrul vasului Petri (diametru, 150 mm; înălțime, 25 mm) la 40 mm distanță de fiecare sursă de hrană (diametru, 20 mm) (Fig. 1C).

Măsuri.

Imaginile cu mucegaiul de nămol au fost realizate în momente diferite (0, 5, 19, 24, 29, 43, 48 și 60 h) după introducere. Matrițele de nămol au fost cântărite înainte de a fi plasate în centrul vasului Petri și din nou la sfârșitul experimentului la 60 de ore. S-a măsurat aria fiecărei mucegaiuri pentru toate imaginile.

Mulțumiri

Mulțumim profesorului John Bonner pentru comentariile sale asupra unei versiuni anterioare a manuscrisului. ANUNȚ. a fost susținut de un grant postdoctoral de la Universitatea din Sydney, de un grant de cercetare al Fundației Fyssen și de Centrul Național al Cercetării Științifice. S.J.S. a fost sprijinit de Federația Consiliului de Cercetare din Australia și de burse Laureate. M.B. a fost sprijinit de Consiliul australian de cercetare (Grant DP0878924), Human Frontier Science Program și Universitatea din Sydney. T.L. a fost sprijinit de Programul Frontiera Umană.

Note de subsol

    1 Cui trebuie să i se adreseze corespondența. E-mail: dussutoucict.fr .

Contribuțiile autorului: A.D. și S.J.S. cercetare proiectată; A.D., T.L. și M.B. cercetări efectuate; ANUNȚ. date analizate; și A.D., T.L., M.B. și S.J.S. a scris ziarul.

Autorii nu declară niciun conflict de interese.