Matematisk model hjælper med at forklare C. elegans beslutningsproces

C. elegans rundormen ser ved at spise, suger store slurke af bakterier til sig for at lære om dets omgivelser. Som forskere så på, de bemærkede et mærkeligt mønster markeret af "udbrud" af spise.

UChicago-forskere i en ny undersøgelse bruger en matematisk model til at forklare sådanne spiseudbrud. Fundene, udgivet 10. august i Proceedings of the National Academy of Sciences , hjælpe med at informere en bredere forståelse af dyrenes fodringsadfærd og videnskaben om beslutningstagning.

"Det er en interessant model til at forstå de processer, der ligger til grund for, hvordan dyr beslutter, hvor og hvornår de skal spise, " sagde hovedforfatter Monika Scholz, en Howard Hughes Medical Institute international studerende forskningsstipendiat med UChicago's Biophysical Sciences-program og nu ved Princeton University. "For disse orme, det handler om balancen mellem hastighed og nøjagtighed."

Rundorme lever i store kolonier i jorden, såsom kompostbunker, leder efter bakterier at spise. Fordi de mangler øjne, rundorme smager, når de rejser, men hver slurk har en pris:Bidden kan indeholde lækre bakterier, eller toksiner, eller ingenting, i hvilket tilfælde de har brugt energi uden resultat.

Spis mere for at lære mere

Den ligefremme forudsigelse ville sige, at ormene burde spise meget, når der er mad tilgængelig, og stoppe, når der ikke er mad. Men de seneste fremskridt i laboratoriet gjorde det muligt at indsamle data om ormefodring over længere perioder - en time eller mere i stedet for blot et minut eller to - og forskere begyndte at bemærke et mærkeligt burst fodringsmønster, der ikke altid korrelerede med mængden af ​​mad ledig. I særdeleshed, dette forstærkedes, når mængden af ​​mad svingede hurtigt.

Når dataene er lagt ud med en model, der matematisk analyserer beslutninger, Scholz sagde, mønsteret giver mere mening.

"Det, vi ser, er, at det er en bevisopsamlingsopgave, " sagde Scholz. "Når ormen har brug for mere information, den bliver ved med at tage bid. Men hvis jeg bliver ved med at ændre betingelserne, mens du stadig beslutter dig, oplysningerne er værdiløse. Så ormen bliver ved med at forsøge at samle flere og flere beviser for at træffe sin beslutning, og du ser dette uberegnelige mønster."

Det er nyttigt at forstå disse systemer, fordi alle dyr, inklusive mennesker, på samme måde træffe en masse beslutninger om hvornår og hvor de skal fodre, sagde Scholz.

"De fleste organismer lever på grænsen af ​​lige nok til at overleve, så der er et højt evolutionært pres for at være god til disse beslutninger, " sagde hun. "Systemer til regulering af fødeindtagelse har udviklet sig under situationer, hvor der er mangel på mad, " tilføjede hun, som kan give indsigt i, hvordan menneskelige systemer kan have udviklet sig.

"I øjeblikket undersøges meget af vores forståelse af beslutningstagning på to niveauer:På et rent teoretisk niveau, der typisk er meget fjernet fra faktiske data, og psykologi/dyreadfærdsstudier hos komplekse pattedyr, som er komplicerede på grund af en masse andre faktorer, der påvirker beslutningstagningen, " sagde Scholz. "Så hvad du har er to meget fjerne niveauer af forståelse. Hvad forskning som denne kan gøre - grundforskning i simple organismer - er at bygge bro over dette hul."