A incrível inteligência do fungo mucilaginoso

Os fungos mucilaginosos (pseudofungos) estão entre os organismos mais estranhos do mundo. Apesar do nome e de por muito tempo terem sido confundidos com fungos, essas criaturas não são fungos (reino Fungi) e tampouco animais (reino Animalia), e atualmente constituem um grupo de protistas classificados na família mycetozoa. Como organismos unicelulares, esses micetozoários não possuem nem neurônios nem cérebro. No entanto, há cerca de uma década, os cientistas debatem se os fungos mucilaginosos têm a capacidade de aprender sobre seus ambientes e ajustar seu comportamento de acordo.

Para Audrey Dussutour, bióloga do Centro Nacional de Pesquisa Científica da França e líder de equipe do Centro de Pesquisas em Cognição Animal da Université Paul Sabatier, em Toulouse, esse debate acabou. Seu grupo não apenas ensinava os fungos mucilaginosos a ignorarem substâncias nocivas que normalmente evitariam, mas demonstrou que tais organismos poderiam lembrar-se desse comportamento após um ano de sono forçado e fisiologicamente perturbador. Mas esses resultados provam que os fungos mucilaginosos (e talvez uma ampla gama de outros organismos que não possuem cérebros) podem exibir uma forma de cognição primitiva?

Os fungos mucilaginosos são relativamente fáceis de estudar. Eles são organismos macroscópicos que podem ser facilmente manipulados e observados. Existem mais de 900 espécies de fungos mucilaginosos; alguns vivem como organismos unicelulares na maior parte do tempo, mas se reúnem em um enxame para forragear e procriar quando o alimento é curto. Outros, chamados de fungos mucilaginosos plasmodiais, sempre vivem como uma enorme célula contendo milhares de núcleos. Mais importante ainda, podem ser ensinados novos truques aos fungos mucilaginosos; e, dependendo da espécie, podem não gostar de cafeína, sal ou luz forte, mas podem aprender que áreas proibidas não são tão ruins quanto parecem – um processo conhecido como habituação.

Fungos Mucilaginosos (micetozoários) desenhados por Ernst Haeckel em 1904.

“Pela definição clássica de habituação, esse organismo unicelular primitivo está aprendendo, assim como fazem os animais com cérebro”, disse Chris Reid, biólogo comportamental da Universidade Macquarie, na Austrália. “Como não possuem neurônios, os mecanismos do processo de aprendizagem devem ser completamente diferentes; no entanto, o resultado e o significado funcional são os mesmos”. Para Dussutour, “o fato de que tais organismos são capazes de aprender tem implicações consideráveis, inclusive para identificar o aprendizado em sistemas não-neurais”. Ela acredita que os fungos mucilaginosos podem ajudar os cientistas a entender quando e onde na árvore da vida as primeiras manifestações de aprendizado evoluíram.

Ainda mais intrigante, e talvez controversamente, a pesquisa de Dussutour e outros sugere que os fungos podem transferir suas memórias adquiridas de uma célula para outra, disse František Baluška, um biólogo celular da Universidade de Bonn. “Isso é extremamente excitante para nossa compreensão de organismos muito maiores, como animais, seres humanos e plantas.”

Uma história de habituação

Os estudos do comportamento dos organismos primitivos remontam ao final do século XIX, quando Charles Darwin e seu filho Francis propuseram que, nas plantas, as próprias pontas de suas raízes (uma pequena região chamada ápice radicular) poderiam atuar como cérebros. Herbert Spencer Jennings, um influente zoólogo e geneticista precoce, apresentou o mesmo argumento em seu livro seminal de 1906, Behavior of the Lower Organisms.

No entanto, a noção de que os organismos unicelulares podem aprender algo e conservar sua memória é nova e controversa. Tradicionalmente, os cientistas ligaram diretamente o fenômeno da aprendizagem à existência de um sistema nervoso. Algumas pessoas, disse Dussutour, achava que sua pesquisa “era uma terrível perda de tempo e que eu chegaria a um beco sem saída”.

Audrey Dussutour, uma bióloga que estuda cognição animal e a plasticidade de organismos no Centro Nacional Francês para Pesquisa Cientifica, observa uma cultura de fungo mucilaginoso. Ela acredita que o estudo desses organismos pode esclarecer como o processo de aprendizado desenvolveu-se na natureza.

Ela começou a estudar essas criaturas, colocando-se “na posição do fungo mucilaginoso”, ela disse – perguntando o que seria necessário para aprender sobre seu ambiente a fim de sobreviver e prosperar. Os moldes viscosos rastejam lentamente e podem facilmente se encontrar presos em ambientes muito secos, salgados ou ácidos. Dussutour se perguntou se o fungo mucilaginoso poderia se acostumar com condições desconfortáveis, e ela inventou uma maneira de testar suas habilidades de habituação.

A habituação não é apenas adaptação: é considerada a forma mais simples de aprender. Refere-se a como um organismo responde quando encontra as mesmas condições repetidamente, e se pode filtrar um estímulo que percebeu ser irrelevante. Para os humanos, um exemplo clássico de habituação é que deixamos de notar a sensação de nossas roupas contra a nossa pele momentos depois de colocá-las. Da mesma forma, podemos parar de notar muitos odores desagradáveis ​​ou sons de fundo, especialmente se eles são imutáveis e não são importantes para nossa sobrevivência. Para nós e para outros animais, essa forma de aprendizado é possibilitada pelas redes de neurônios em nosso sistema nervoso que detectam e processam os estímulos e medeiam nossas respostas. Mas como poderia a habituação acontecer em organismos unicelulares sem neurônios?

A partir de 2015, Dussutour e sua equipe obtiveram amostras de fungos de laboratório de colegas da Universidade de Hakodate, no Japão, e testaram sua capacidade de se habituar. Os pesquisadores montaram pedaços de fungo mucilaginoso no laboratório e colocaram porções de aveia, um dos alimentos preferidos do organismo, a uma curta distância. Para alcançar a farinha de aveia, os fungos mucilaginosos tinham que crescer através de pontes de gelatina atadas com cafeína ou quinina, substâncias químicas inofensivas, mas amargas, que os organismos são conhecidos por evitar.

“No primeiro experimento, os fungos levaram 10 horas para atravessar a ponte e eles realmente tentaram não tocá-la”, disse Dussutour. Depois de dois dias, os fungos viscosos começaram a ignorar a substância amarga e, após seis dias, cada grupo parou de responder ao impedimento.

A habituação que os fungos mucilaginosos tinham aprendido era específica em cada caso, dependendo da substância: os fungos que se habituaram à cafeína ainda relutavam em atravessar uma ponte contendo quinino e vice-versa. Isso mostrou que os organismos haviam aprendido a reconhecer um estímulo específico e a ajustar sua resposta a ele, e não a atravessar pontes indiscriminadamente.

Em experimentos conduzidos pela equipe de Dussutour, discos de fungo mucilaginoso amarelo (na parte de baixo) podem comer discos de aveia (na parte de cima), mas apenas se eles cruzarem a ponte gelatinosa (ao centro) banhada de um composto inofensivo mas repelente. No centro da imagem, uma parte do fungo mucilaginoso aprendeu a ignorar a substância química, um processo chamado de habituação.

Finalmente, os cientistas deixaram os fungos mucilaginosos descansarem por dois dias em situações em que não foram expostos nem a quinino nem a cafeína, e então os testaram novamente com as pontes nocivas feitas dessas sustâncias. “Vimos que eles se recuperam – já que mostram evitação das substâncias novamente”, disse Dussutour. Os fungos mucilaginosos tinham voltado ao seu comportamento original.

Naturalmente, os organismos podem se adaptar às mudanças ambientais de maneiras que não implicam necessariamente em aprendizado. Mas o trabalho de Dussutour sugere que os moldes de limo podem às vezes adquirir esses comportamentos através de uma forma de comunicação, não apenas através da experiência. Em um estudo de acompanhamento, sua equipe mostrou que fungo mucilaginoso “ignorantes”, isto é, não-habituados, podem adquirir diretamente um comportamento de outro fungo mucilaginoso que aprendeu determinado comportamento, através da fusão celular.

Ao contrário dos organismos multicelulares complexos, os fungos mucilaginosos podem ser cortados em várias partes. Quando essas partes são reunidas, elas se fundem e formam um único fungo mucilaginoso, com tubos semelhantes a veias, preenchidos com citoplasma de fluxo rápido, que se forma entre as partes à medida que se conectam. Dussutour cortou seus fungos em mais de 4.000 peças e treinou metade deles com sal – outra substância que os organismos não gostam, embora não tão fortemente quanto o quinino e a cafeína. A equipe fundiu as diversas peças em várias combinações, misturando fungo mucilaginoso habituado ao sal com formas não habituadas. Eles então testaram as novas entidades.

“Mostramos que, quando havia um fungo mucilaginoso habituado na entidade que estávamos formando, a entidade mostrava a habituação”, disse ela. “Assim, um fungo mucilaginoso transferia essa resposta habitual para o outro.” Os pesquisadores então separaram os diferentes fungos depois de três horas (o tempo necessário para que todas as veias do citoplasma se formassem adequadamente) e ambas as partes ainda mostravam habituação. O organismo havia aprendido.

Sugestões de Cognição Primitiva

Mas Dussutour queria avançar ainda mais e ver se essa memória habitual poderia ser lembrada a longo prazo. Então ela e sua equipe colocaram os fungos mucilaginosos para dormir por um ano, secando-os de maneira controlada. Em março, eles acordaram as criaturas – que se viram cercadas de sal. Os fungos mucilaginosos não habituados morreram, talvez devido ao choque osmótico, porque não conseguiam lidar com a rapidez com que a umidade vazava de suas células. “Perdemos muitos fungos mucilaginosos como esse”, disse Dussutour. “Mas os habituados sobreviveram.” Eles também rapidamente começaram a se espalhar pelos seus arredores repletos de sal para caçar comida.

Segundo Dussutour, que apresentou seu trabalho inédito em abril de 2018 numa conferência científica na Universidade de Bremen, Alemanha, isso significa que um fungo mucilaginoso pode aprender – e pode manter esse conhecimento durante sua dormência, apesar das profundas transformações físicas e bioquímicas que acompanham essa transformação. Ser capaz de lembrar onde encontrar comida é uma habilidade útil para o fungo mucilaginoso na natureza, pois o ambiente pode ser traiçoeiro. “É muito bom que possa se habituar, caso contrário, ele estaria preso”, disse Dussutour.

Mais fundamentalmente, Dussutour propõe, esse resultado também significa que existe algo como “cognição primitiva”, uma forma de cognição que não se restringe a organismos com um cérebro.

Os cientistas não têm idéia do mecanismo que sustenta esse tipo de cognição. Baluška acredita que vários processos e moléculas podem estar envolvidos e que podem variar entre organismos simples. No caso dos fungos, o citoesqueleto pode formar redes inteligentes e complexas capazes de processar informações sensoriais. “Eles transmitem essa informação até o núcleo”, disse ele.

Não são apenas fungos mucilaginosos que podem ser capazes de aprender. Pesquisadores estão investigando outros organismos não-neurais, como plantas, para descobrir se eles podem exibir a forma mais básica de aprendizado. Por exemplo, em 2014, Monica Gagliano e seus colegas da Universidade da Austrália Ocidental e da Universidade de Firenze, na Itália, publicaram um artigo que causou frenesi na mídia, em experimentos com plantas de Mimosa Pudica. As plantas de mimosa são notoriamente sensíveis a serem tocadas ou fisicamente perturbadas: elas imediatamente enrolam suas folhas delicadas como um mecanismo de defesa. Gagliano construiu um mecanismo que derrubaria abruptamente as plantas por cerca de 30 centímetros, sem prejudicá-las. No início, as plantas se retrairiam e enrolariam suas folhas quando fossem derrubadas. Mas depois de um tempo, as plantas pararam de reagir – elas aparentemente “aprenderam” que nenhuma resposta defensiva era necessária.

Fungos mucilaginosos são altamente eficientes na exploração de seu ambiente e em fazer uso dos recursos que encontram. Pesquisadores exploraram sua habilidade de lidar com labirintos e outros problemas em condições controladas.

Tradicionalmente, pensava-se que organismos simples, sem cérebro ou neurônios, eram capazes de ter um comportamento simples de estímulo-resposta, no máximo. Pesquisas sobre o comportamento de protozoários como o physarum polycephalum (especialmente o trabalho de Toshiyuki Nakagaki da Universidade de Hokkaido, no Japão) sugerem que esses organismos aparentemente simples são capazes de tomar decisões complexas e resolver problemas em seus ambientes. Nakagaki e seus colegas demonstraram, por exemplo, que os fungos mucilaginosos são capazes de resolver problemas de labirinto e criar redes de distribuição tão eficientes quanto aquelas projetadas por humanos (em um famoso resultado, os fungos recriaram o sistema ferroviário de Tóquio).

Chris Reid e seu colega Simon Garnier, que dirige o Swarm Lab no Instituto de Tecnologia de Nova Jersey, estão trabalhando no mecanismo por trás da capacidade de um fungo mucilaginoso de transferir informações entre todas as suas partes para agir como um tipo de coletivo que imita as capacidades de um cérebro cheio de neurônios. Cada pequena parte da criatura se contrai e se expande ao longo de cerca de um minuto, mas a taxa de contração está ligada à qualidade do ambiente local. Estímulos atraentes causam pulsações mais rápidas, enquanto estímulos negativos fazem com que as pulsações diminuam. Cada parte pulsante também influencia a frequência de pulsação de seus vizinhos, não muito diferente do modo como as taxas de disparo dos neurônios ligados se influenciam mutuamente. Usando técnicas de visão computacional e experimentos que podem ser comparados a uma versão do molde de varredura de uma ressonância magnética, os pesquisadores estão examinando como o fungo mucilaginoso usa esse mecanismo para transferir informações em torno de seu corpo unicelular gigante e tomar decisões complexas entre estímulos conflitantes.

Lutando para manter o cérebro especial

Mas alguns biólogos e neurocientistas tradicionais criticam os resultados. “Os neurocientistas estão criticando a ‘desvalorização’ do especialismo do cérebro”, disse Michael Levin, biólogo da Universidade Tufts. “Cérebros são ótimos, mas temos que lembrar de onde eles vieram. Os neurônios evoluíram a partir de células não neurais, eles não apareceram magicamente.”

Alguns biólogos também criticam “a ideia de que as células podem ter objetivos, memórias e assim por diante, porque isso soa como mágica”, acrescentou. “Mas temos que lembrar”, disse ele, “que o trabalho sobre teoria de controle, cibernética, inteligência artificial e aprendizado de máquina ao longo do último século tem mostrado que sistemas mecanicistas podem ter objetivos e tomar decisões”.

“A ciência da computação há muito tempo aprendeu que o processamento de informações é independente de substrato”, disse Levin. “Não é sobre o que você é feito, é sobre como você computa”.

Tudo depende de como se define a aprendizagem, segundo John Smythies, diretor do Laboratório de Neurociências Integrativas da Universidade da Califórnia, em San Diego. Ele não está convencido de que a experiência de Dussutour com fungos mucilaginosos que permanecem habituados ao sal depois de longa dormência, mostra muita coisa.

Para Fred Kaijzer, um cientista cognitivo da Universidade de Groningen, na Holanda, a questão de saber se esses comportamentos interessantes mostram que os fungos mucilaginosos podem aprender é semelhante ao debate sobre se Plutão é um planeta: a resposta depende tanto de como o conceito de aprendizagem é lançada como da evidência empírica. Ainda assim, ele disse: “não vejo nenhuma razão científica clara para negar a opção que organismos não-neurais podem realmente aprender”.

Baluška disse que muitos pesquisadores também discordam ferozmente sobre se as plantas podem ter memórias, aprendizado e cognição. As plantas ainda são consideradas como “autômatos zumbis em vez de organismos vivos completos”, disse ele.

Mas a percepção comum está mudando lentamente. “Nas plantas, iniciamos a iniciativa de neurobiologia vegetal em 2005 e, embora ainda não seja aceito pelo mainstream, já mudamos tanto que termos como sinalização de fábrica, comunicação e comportamento são mais ou menos aceitos agora”, ele disse.

O debate é sem dúvida não é uma guerra sobre ciência, mas sobre palavras. “A maioria dos neurocientistas com quem conversei sobre a inteligência do fungo mucilaginoso fica muito feliz em aceitar que os experimentos são válidos e mostram resultados funcionais semelhantes aos mesmos experimentos realizados em animais com cérebros”, disse Reid. O que eles parecem questionar é o uso de termos tradicionalmente reservados à psicologia e à neurociência e quase universalmente associados a cérebros, como aprendizado, memória e inteligência. “Pesquisadores de fungos mucilaginosos insistem que comportamentos funcionalmente equivalentes e observados nesses organismos devem ser descritos com termos utilizados para animais com cérebros, enquanto os neurocientistas clássicos insistem que a própria definição de aprendizado e inteligência requer uma arquitetura baseada em neurônios”, disse ele.

Baluška afirmou que, como resultado, não é tão fácil conseguir doações para estudos de cognição primitiva. “A questão mais importante é que as agências de financiamento e os órgãos de financiamento começarão a apoiar essas propostas de projetos. Até agora, a ciência mainstream, apesar de algumas exceções, é bastante relutante a esse respeito, o que é uma pena.”

Para ganhar reconhecimento, os pesquisadores da cognição primitiva terão que demonstrar a habituação a uma ampla gama de estímulos, e – mais importante – determinar os mecanismos exatos pelos quais a habituação é alcançada e como ela pode ser transferida entre as células individuais, disse Reid. “Esse mecanismo deve ser bem diferente do observado nos cérebros, mas as semelhanças nos resultados funcionais tornam a comparação extremamente interessante”.

[Tradução de Slime Mould Remember, but Do They Learn?, publicado na Quanta Magazine.]