Den­ken oh­ne Ge­hirn

Vie­le Ein­zel­ler zei­gen ho­he In­tel­li­genz, sie ori­en­tie­ren sich da­mit in Raum und Zeit, sie ler­nen. Und sie lö­sen Pro­ble­me, für die wir Com­pu­ter brau­chen.

Die Presse am Sonntag - - Wissen - VON JÜR­GEN LANGENBACH

Von A nach B kommt man leicht, auch C lässt sich noch oh­ne Pro­ble­me in den Rei­se­plan in­te­grie­ren. Wenn aber die Zahl der Zie­le wei­ter steigt, ist un­ser Ge­hirn auf der Su­che nach der op­ti­ma­len Rou­te so rasch über­for­dert, dass das Gan­ze als „Problem des Han­dels­rei­sen­den“in die Fach­li­te­ra­tur ein­ging – da hel­fen nur noch hö­he­re Ma­the­ma­tik bzw. aus­ge­feil­te Al­go­rith­men. Aber ei­ner schafft es ganz oh­ne Hirn, er kann kei­nes ha­ben, denn er be­steht aus ei­ner ein­zi­gen Zel­le: Physar­um po­ly­ce­pha­lon, der Schle­im­pilz. Sei­nem deut­schen Na­men ent­spricht er nur halb, er ist kein Pilz – auch kei­ne Pflan­ze und kein Tier, son­dern ei­ne Amö­be, die seit 700 Mil­lio­nen Jah­ren al­le Un­bill über­stan­den hat. Schleim al­ler­dings ist er, und wie: Er kann sich über rie­si­ge Flä­chen aus­deh­nen, im La­bor liegt der Re­kord bei 5,5 Qua­drat­me­tern. In der Na­tur gibt es noch grö­ße­re, man­chen Wan­de­rern sind sie als He­xen­but­ter ver­traut.

Das mit der But­ter stimmt nicht, das mit dem He­xen eher: Auf der Fut­ter­su­che et­wa wan­dern Schle­im­pil­ze ei­nen Zen­ti­me­ter pro St­un­de. Wie? Sie sind mit Lei­tungs­bah­nen zur Ver- und Ent­sor­gung durch­zo­gen, die­se las­sen sich ver­kür­zen und ver­län­gern, ver­en­gen und er­wei­tern. Das treibt sie auch vor­an, so kön­nen sie ganz oh­ne Bei­ne ge­hen. Den­ken kön­nen sie eben­so ganz oh­ne Ge­hirn: Wenn sie her­um­tas­ten, mei­den sie al­le Stel­len, an de­nen sie schon wa­ren. Dort ha­ben sie et­was Schleim hin­ter­las­sen, er er­in­nert sie, er ist ein aus­ge­la­ger­tes Ge­dächt­nis, wie man es sonst et­wa von Amei­sen kennt, die We­ge zum Fut­ter mit Duft mar­kie­ren.

Da­mit be­ginnt der Rei­gen der He­xen­kräf­te aber erst: Setzt man ei­nen Schle­im­pilz in ein qua­dra­ti­sches La­by­rinth, das zwei To­re hat und über­all am Bo­den mit Fut­ter aus­ge­stat­tet ist, brei­tet er sich auf der gan­zen Flä­che in der Form des Qua­drats aus. Wenn das Fut­ter sich neigt und nur noch an den To­ren Nach­schub kommt, wan­delt er sei­ne Gestalt, wird zu ei­nem Fa­den, der die bei­den To­re auf dem kür­zes­ten Weg mit­ein­an­der ver­bin­det.

So löst er das Problem des Han­dels­rei­sen­den, To­shiyu­ki Na­ka­ga­ki (Sap­po­ro) zeig­te es erst im Grund­satz (Na­tu­re 407, S. 470), spä­ter ver­fei­ner­te er es und plat­zier­te auf dem La­b­or­tisch Fut­ter – Ha­fer­flo­cken – dort, wo auf dem Stadt­plan von Tokio die Bahn­sta­tio­nen sind: Bald bil­de­te der Schle­im­pilz ein „Stre­cken­netz“, das frap­pant je­nem glich, das mit al­ler Raf­fi­nes­se des Men­schen­geis­tes aus­ge­tüf­telt wor­den war (Sci­ence 327, S. 439). Klu­ge Ko­li­bak­te­ri­en. Der He­xer ori­en­tiert sich nicht nur im Raum, son­dern er hat auch ein Ge­fühl für Zeit, kann aus Er­fah­rung ler­nen und Künf­ti­ges kom­men se­hen. Das kön­nen an­de­re Ein­zel­ler auch, Ko­li­bak­te­ri­en: Sie wech­seln oft den Le­bens­raum, le­ben ein­mal in Ge­där­men, et­wa von Rin­dern, und ge­hen dann mit den Fla­den ab. Auf der Wie­se gibt es Sau­er­stoff, auf ihn müs­sen sie sich ein­stel­len. Ge­ra­ten sie ins Maul ei­ner gra­sen­den Kuh, müs­sen sie wie­der um­ler­nen: Im Ge­därm ist kein Sau­er­stoff. Dar­auf be­rei­ten sie sich bei­zei­ten vor: Sie stel­len ih­ren Stoff­wech­sel schon im Maul der Kuh um, da ist es warm, die­ses Si­gnal ver­ar­bei­ten sie. Wenn man al­les um­dreht und auf Wär­me Sau­er­stoff fol­gen lässt und auf Küh­le kei­nen, ler­nen sie das auch.

Das Ex­pe­ri­ment ist Sa­ed Ta­va­zo­ie (Prin­ce­ton) zu ver­dan­ken (Sci­ence 320, S. 1313), ein ähn­li­ches hat Yitz­ak Pil­pel (Re­ho­vot) mit Bier­he­fe durch­ge­führt (Na­tur 460, S. 220). Al­ler­dings lern­ten in bei­den Fäl­len nicht In­di­vi­du­en, es brauch­te meh­re­re Ge­ne­ra­tio­nen. Dar­auf wei­sen Kri­ti­ker gern hin, de­nen die gan­ze Ge­schich­te von der In­tel­li­genz von Ein­zel­lern su­spekt ist. Na­ka­ga­ki sieht es lo­cke­rer, un­ter Be­ru­fung auf die ja­pa­ni­sche Kul­tur, die In­tel­li­genz nicht so strikt auf Men­schen li­mi­tiert: Für ihn ist sie „Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on, in der In­for­ma­ti­on ver­ar­bei­tet wird“. Er be­wun­dert auch in Fach­pu­bli­ka­tio­nen den Schle­im­pilz gern als „smart“– und ver­gleicht die nächste Leis­tung, die er fand, mit je­ner der Ägyp­ter, als sie be­merk­ten, dass das Hoch­was­ser des Nil pe­ri­odisch kommt. Dar­aus ent­wi­ckel­ten sie ei­ne Grund­la­ge der Zi­vi­li­sa­ti­on: den Ka­len­der.

Auch in Na­ka­ga­kis La­bor kam et­was pe­ri­odisch, das Ge­gen­teil von Hoch­was­ser: Dür­re, im St­un­den­takt, drei­mal hin­ter­ein­an­der. Je­des Mal stell­ten die Schle­im­pil­ze ihr Wachs­tum ein. Sie ta­ten es auch nach der vier­ten St­un­de, ob­gleich es da nicht tro­cken wur­de, und nach der fünf­ten auch, erst dann ver­blass­te die Er­in­ne­rung (Phy­si­cal Re­view Let­ters 100, 018101).

Was fehlt noch zur In­tel­li­genz? Das Sich-an-et­was-Ge­wöh­nen: Wenn man et­wa die Mee­res­schne­cke Aply­sia tak­til reizt, oh­ne ihr wei­ter et­was zu tun, re­agiert sie bald nicht mehr. Das hat Eric Kan­del – der Wie­ner Emi­grant, der an­no 2000 ei­nen No­bel­preis er­hielt – vor bald 50 Jah­ren ge­zeigt (Sci­ence 167, S. 1740), seit­dem ge­hört Ge­wöh­nung (ha­b­itua­ti­on) zu den De­fi­ni­ti­ons­merk­ma­len von Ler­nen. Der Schle­im­pilz er­füllt es: Ver­sperrt man ihm mit bit­te­ren Sub­stan­zen wie Chi­nin oder Kof­f­e­in (in harm­lo­sen Do­sen) den Weg zum Fut­ter, schreckt er erst zu­rück, nach sechs Ta­gen hat er sich dar­an ge­wöhnt. Aber nicht an al­les: Wenn er auf Chi­nin nicht mehr re­agiert, ver­stört ihn über­ra- schen­des Kof­f­e­in zu­nächst, dann ge­wöhnt er sich auch dar­an. Ist plötz­lich von bei­dem nichts mehr da, ent­wöhnt er sich, beim nächs­ten Auf­tau­chen lernt er wie­der neu (Proc. Roy. Soc. B 27. 4.).

Das Ex­pe­ri­ment stammt von Au­drey Dus­su­tour (Tou­lou­se), nicht von Na­ka­ga­ki, er hat sich ei­nem an­de­ren He­xer zu­ge­wandt: Te­tra­hy­me­na, das ist ein Wim­pern­tier­chen, das im Was­ser lebt. Wenn es nur ei­nen klei­nen Trop­fen zur Ver­fü­gung hat, stößt es bald nicht mehr an die Wand und schwimmt nur in engs­tem Kreis. Setzt man es dann in ei­nen grö­ße­ren Be­häl­ter, bleibt es zu­nächst bei die­sem Mus­ter, erst all­mäh­lich holt es wei­ter aus. An die­sem hand­li­che­ren We­sen will Na­ka­ga­ki klä­ren, was der Schle­im­pilz noch nicht preis­gab: die mo­le­ku­la­ren Mecha­nis­men des Ge­dächt­nis­ses von Ein­zel­lern (In­ter­face 25. 5.). Da­für nutzt Te­tra­hy­me­na ver­mut­lich ei­nen me­cha­no­sen­si­ti­ven Io­nen­ka­nal, ei­nen für Kal­zi­um. Er er­wei­tert sich, wenn das Tier ir­gend­wo an­stößt, dann strömt mehr Ka­li­um hin­ein. Das wie­der­um be­ein­flusst die Schwimm­rich­tung: Ist kei­nes da, geht es ge­ra­de aus, stei­gen die Kon­zen­tra­tio­nen, geht es in im­mer en­ge­ren Krei­sen.

Ei­ne Amö­be löst das »Problem des Han­dels­rei­sen­den« so gut wie der Mensch, nur ra­scher. Bak­te­ri­en und He­fen er­spü­ren die Zu­kunft und stel­len sich bei­zei­ten auf sie ein.

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