Nấm Nhầy Không Não Xây Dựng Tàu Điện Ngầm Tokyo

Khi nhắc đến "trí thông minh", chúng ta lập tức nghĩ về bộ não. Chúng ta mường tượng ra 86 tỷ tế bào thần kinh đang không ngừng phóng điện, đan xen những tín hiệu phức tạp giúp con người giải toán, thiết kế những siêu đô thị, hay tự đặt câu hỏi về sự tồn tại của chính mình. Phản xạ tự nhiên khiến ta mặc định rằng: để thông minh, bạn bắt buộc phải có một bộ xử lý trung tâm. Nhưng sẽ ra sao nếu tạo hóa có một bản thiết kế hoàn toàn khác cho sự thiên tài? Sẽ ra sao nếu một trong những chuyên gia giải quyết vấn đề xuất sắc nhất hành tinh lại chỉ là một vũng nhầy màu vàng, không hề có não, đang trườn chậm chạp trên nền rừng ẩm ướt?

Hãy làm quen với Physarum polycephalum, thường được biết đến với cái tên "nấm nhầy nhiều đầu". Dù cái tên nghe chẳng mấy ngon lành, sinh vật này lại là một kiệt tác thực sự của sinh học. Nó không phải thực vật, không phải động vật, cũng chẳng phải là nấm. Nó thuộc về một giới sinh vật kỳ lạ gọi là "nguyên sinh vật" (protist). Dưới góc nhìn trần trụi, nó trông giống hệt một lòng đỏ trứng gà bị đánh đổ, hay một mạng lưới tĩnh mạch màu huỳnh quang đang vươn rễ trên những khúc gỗ mục.

Điểm khiến nó trở nên thực sự kỳ quái nằm ở cấu trúc cơ thể. Một khối nấm nhầy thực chất chỉ là một tế bào khổng lồ duy nhất. Thay vì phân chia thành hàng nghìn tỷ tế bào nhỏ xíu như cơ thể người, nó chỉ đơn giản là lớn lên, kéo dãn lớp màng tế bào duy nhất của mình ra để bao bọc hàng triệu nhân tế bào cùng bơi lội chung trong một vũng tế bào chất. Bạn có thể hình dung nó như một quả bóng nước sinh học khổng lồ có thể bành trướng bằng cả một tấm thảm lau chân. Ấy vậy mà, "trái bóng nước" bầy nhầy này lại có thể thực hiện những phép tính logic khiến các nhà khoa học phải vò đầu bứt tai.

Trốn Thoát Khỏi Mê Cung

Hành trình bước lên thảm đỏ khoa học của nấm nhầy bắt đầu vào năm 2000, khi nhà nghiên cứu Toshiyuki Nakagami tại Đại học Hokkaido quyết định cho nó làm một bài kiểm tra: ông đặt một mảng nấm nhầy vào một mê cung bằng nhựa.

Giống như hầu hết mọi sinh vật sống, nấm nhầy rất thích ăn, và món khoái khẩu của nó là yến mạch. Nakagami để mảng nấm nhầy đang đói khát lan ra khắp toàn bộ mê cung, lấp đầy mọi ngóc ngách. Sau đó, ông đặt một miếng yến mạch ở lối vào, và một miếng khác ở lối ra.

Điều xảy ra tiếp theo đã làm rung chuyển nền tảng định nghĩa của chúng ta về trí tuệ. Nấm nhầy đánh hơi thấy thức ăn. Chầm chậm, trong vài giờ tiếp theo, nó bắt đầu rút cơ thể khỏi những ngõ cụt. Nó thu mình lại từ những hành lang vô dụng và dồn toàn bộ khối lượng vào các con đường nối liền hai miếng yến mạch.

Nhưng nó không chỉ tìm ra một con đường. Nó đã tìm ra con đường ngắn nhất có thể giữa hai nguồn thức ăn. Một cục nhầy đơn bào, không có mắt, không có hệ thần kinh và hiển nhiên là không có bộ não nào cả, đã giải quyết thành công một câu đố không gian. Hãy tưởng tượng bạn bị thả vào một siêu thị IKEA rộng lớn, và thay vì đi lạc, bạn có thể dùng phép thuật làm teo nhỏ mọi dãy hàng sai lệch, chỉ để lại con đường nhanh nhất dẫn đến cửa thoát hiểm. Đó chính xác là những gì sinh vật này đã làm.

Kiến Tạo Hệ Thống Tàu Điện Ngầm Tokyo

Nếu việc giải mê cung chỉ là một trò ảo thuật đường phố, thì màn trình diễn tiếp theo của nấm nhầy lại là một kiệt tác trong ngành kỹ thuật dân dụng. Năm 2010, một nhóm nghiên cứu do Atsushi Tero dẫn đầu đã thiết kế một thí nghiệm để kiểm tra khả năng xây dựng mạng lưới của nấm nhầy.

Hệ thống tàu điện ngầm Tokyo là một trong những mạng lưới giao thông phức tạp và hiệu quả nhất thế giới. Các đội ngũ kỹ sư, nhà quy hoạch đô thị và các nhà toán học ưu tú nhất đã mất hàng thập kỷ để thiết kế ra nó. Họ phải cân bằng hoàn hảo ba yếu tố cạnh tranh gay gắt: chi phí (dùng ít đường ray nhất có thể), tính hiệu quả (đưa hành khách đến đích nhanh nhất), và sức chịu đựng (đảm bảo nếu một tuyến đường hỏng, toàn bộ hệ thống không bị tê liệt).

Tero và nhóm của ông đã tái tạo bản đồ Tokyo trên một đĩa petri ẩm. Họ đặt một mảng yến mạch lớn ở trung tâm để đại diện cho ga Tokyo, và rải 36 mảng yến mạch nhỏ xung quanh tương ứng với các thành phố và vùng ngoại ô. Vì nấm nhầy cực kỳ ghét ánh sáng chói, các nhà nghiên cứu đã dùng đèn chiếu sáng để giả lập các dãy núi, hồ nước và những chướng ngại vật địa hình mà tàu hỏa không thể băng qua. Cuối cùng, họ thả nấm nhầy vào vị trí trung tâm.

Chỉ trong vòng 26 giờ đồng hồ, nấm nhầy đã vươn những xúc tu màu vàng của mình, kết nối tất cả các miếng yến mạch và thiết lập một mạng lưới các ống dẫn chất dinh dưỡng. Khi các nhà khoa học lấy màng lưới sinh học của nấm nhầy áp lên bản đồ đường sắt Tokyo ngoài đời thực, sự tương đồng khiến họ phải rùng mình. Trùng kiết lỵ không não này đã độc lập thiết kế ra một mạng lưới giao thông sở hữu độ hiệu quả, tiết kiệm chi phí và khả năng phục hồi y hệt như công trình của những thiên tài con người.

Nghĩ Thế Nào Khi Không Có Não?

Làm sao chuyện này có thể xảy ra? Một vũng nhầy làm thế nào để đưa ra những quyết định phức tạp như vậy?

Bí mật nằm ở động lực học chất lưu và một vòng lặp phản hồi hóa học. Cơ thể nấm nhầy là một mạng lưới các đường ống co bóp nhịp nhàng, bơm chất lỏng — và chất dinh dưỡng — qua lại liên tục. Khi một nhánh của nấm nhầy tìm thấy thức ăn, nó sẽ co bóp nhanh hơn và mạnh hơn. Nhịp đập dồn dập này hoạt động giống như một dòng sông chảy xiết, dùng lực vật lý để làm giãn nở các đường ống dẫn đến nguồn thức ăn. Trong khi đó, các ống dẫn vào những ngõ cụt sẽ nhận được ít chất lỏng hơn, khiến chúng dần teo tóp và biến mất.

Đó là một minh chứng vật lý tuyệt đẹp cho nguyên lý "dùng nó hoặc mất nó". Nấm nhầy tính toán tuyến đường đi tối ưu không phải bằng cách suy nghĩ trước về tương lai, mà bằng cách để chính dòng chảy vật lý của tài nguyên tự động khắc họa nên những con đường hiệu quả nhất.

Chưa hết, nấm nhầy còn sở hữu một dạng "trí nhớ ngoài". Khi trườn đi tìm kiếm thức ăn, nó để lại phía sau một vệt dịch nhầy ngoại bào mờ ảo — rất giống với câu chuyện cậu bé Hansel rải những mẩu bánh mì vụn trong rừng. Khi nó tình cờ chạm phải vết nhầy của chính mình, các thụ thể hóa học sẽ nhận ra rằng khu vực này đã được khám phá, và nó lập tức quay đầu để tìm kiếm ở những vùng đất mới. Nó đã biến chính môi trường xung quanh thành một chiếc ổ cứng di động để lưu trữ ký ức.

Định Nghĩa Mới Về Sự Thông Minh

Nấm nhầy thậm chí còn cho thấy khả năng theo dõi thời gian. Trong một thí nghiệm khác, các nhà khoa học đã thổi một luồng không khí lạnh và khô (thứ mà nấm nhầy rất ghét) vào nó cứ mỗi 60 phút một lần. Sinh vật này phản ứng bằng cách di chuyển chậm lại để bảo toàn năng lượng. Sau một vài chu kỳ, các nhà khoa học tắt luồng khí lạnh đi. Thế nhưng, đúng 60 phút sau, nấm nhầy vẫn tự động đi chậm lại để đề phòng. Nó đã học được một quy luật về thời gian.

Những khám phá chấn động này hiện đang truyền cảm hứng cho các nhà khoa học máy tính để viết ra các thuật toán định tuyến mới dựa trên hành vi của Physarum polycephalum. Hóa ra, mẹ thiên nhiên đã dành gần một tỷ năm để hoàn thiện một phần mềm tối ưu hóa mạng lưới, và chạy nó trên một hệ thống phần cứng trơn tuột, ẩm ướt và có màu vàng ươm.

Lần tới, nếu bạn có dịp dạo bước qua một khu rừng ẩm ướt và bắt gặp một mảng nhầy màu vàng trên thân gỗ mục, hãy dừng lại một nhịp. Bạn không chỉ đang nhìn vào một loài nấm đơn giản hay một vết bẩn của tự nhiên. Bạn đang chiêm ngưỡng một dạng trí tuệ ngoài hành tinh ngay trên Trái Đất, một bậc thầy kiến trúc, và là một lời nhắc nhở rằng: sự thiên tài của thiên nhiên không phải lúc nào cũng cần đến một bộ não.