微生物の知能

• 細菌バイオフィルムは、数千または数百万の細胞の集団行動によって出現する可能性がある^{[ 3 ]。}
• 枯草菌によって形成されるバイオフィルムは、電気信号（イオン伝達）を利用して成長を同期させ、バイオフィルムの最内層の細胞が飢餓状態にならないようにすることができる。^{[ 5 ]}
• 栄養不足の状態下では、細菌コロニーは栄養素の利用可能性を最大化するように組織化されることがある。
• 細菌は抗生物質によるストレス下で組織を再編成する。
• 細菌は、異種混合コロニーの構成員間で遺伝子（例えば、抗生物質耐性をコードする遺伝子）を交換することができる。
• 粘液細菌の個々の細胞は協調して複雑な構造を生成したり、社会的な存在として移動したりします。^{[ 3 ]}粘液細菌は、群れや狼の群れとして知られる捕食集団で協力して移動および摂食し、複数の形態のシグナル伝達を行います^{[ 6 ] [ 7 ]}。また、いくつかの多糖類が重要な役割を果たします。^{[ 8 ]}
• 細菌の集団は、クオラムセンシングを利用して自身の密度を判断し、それに応じて行動を変化させます。これは、バイオフィルムの形成、感染症のプロセス、およびボブテイルイカの発光器官で起こります。^{[ 3 ]}
• 細菌が宿主細胞に侵入するためには、細胞が細菌が付着して侵入できる受容体を発現している必要がある。大腸菌の中には、特定の受容体が存在しない場合でも、宿主細胞内に侵入できる株が存在する。これらの株は、独自の受容体を持ち、それに付着して細胞内に侵入するからである。
• 栄養不足の条件下では、一部の細菌は熱や乾燥に耐えるために内生胞子へと変化する。
• 非常に多くの微生物は、表面抗原を変化させることで免疫系による認識を回避する能力を持っている。そのため、以前存在していた抗原に対する防御機構は、新たに発現した抗原に対してはもはや役に立たなくなる。
• 2020年4月、細菌の集団が膜電位に基づく作業記憶を持っていることが報告された。科学者が細菌のバイオフィルムに光を当てると、光にさらされた細胞がカリウムチャネルの変化により膜電位の振動に異なる反応を示したため、最初の刺激後数時間にわたって光学的痕跡が残った。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

• 細胞性粘菌の個々の細胞は協調して複雑な構造を生成したり、多細胞生物として移動したりします。^{[ 3 ]}生物学者のジョン・ボナーは、粘菌は「薄い粘液鞘に包まれたアメーバの袋に過ぎない」にもかかわらず、筋肉と神経節を持つ動物、つまり単純な脳を持つ動物と同等のさまざまな行動をとることができると指摘しました。^{[ 12 ]}
• 単細胞繊毛虫Stentor roeselii は一種の「行動階層」を示し、刺激物に対する反応が刺激物を軽減しない場合は「考えを変える」ことができ、非常に推測的な意味での「認知」を示唆している。^{[ 13 ] [ 14 ]}
• ゾウリムシ、特にP. caudatumは、泳ぐ媒体中の電気ショックなどの刺激と強い光を関連付けることを学習できますが、暗闇と電気ショックを関連付けることはできないようです。 ^{[ 15 ]}
• 原生動物の繊毛虫テトラヒメナは、遊泳領域の形状を「記憶」する能力を持っている。分離されて水滴の中に閉じ込められた細胞は、解放されると円形の遊泳軌跡を再現した。これは主に細胞内カルシウム濃度の上昇によるものと考えられる。^{[ 16 ]}

細菌コロニー最適化は、進化計算で使用されるアルゴリズムです。このアルゴリズムは、走化性、コミュニケーション、排除、繁殖、移動など、大腸菌のライフサイクル全体における典型的な行動をシミュレートするライフサイクルモデルに基づいています。

粘菌を使って論理回路を構築することができる。^{[ 17 ]}分散システム実験では、高速道路グラフを近似するために粘菌が使用されている。^{[ 18 ]}粘菌Physarum polycephalum は、指数関数的に複雑性が増加する組み合わせテストである巡回セールスマン問題を線形時間で解くことができる。^{[ 19 ]}

微生物群集の知能は、相互作用する適応行動や代謝の形で土壌生態系に見られる。 ^{[ 20 ]} Ferreiraらによると、「土壌微生物は、変化から回復し、現在の状態に適応する独自の能力を持っている[...]利他的、協力的、共起的な行動によって変化から回復し、現在の状態に適応するこの能力は、微生物群集の知能の重要な属性と考えられている。」^{[ 21 ]}

複雑な行動や協調性を示す多くの細菌は、バイオフィルムの形で土壌中に大量に存在している。^{[ 1 ]}社会性捕食細菌を含む土壌に生息する微小捕食者は、土壌の生態系に大きな影響を与える。これらの微小捕食者によって部分的に管理されている土壌の生物多様性は、炭素循環と生態系機能にとって非常に重要である。^{[ 22 ]}

土壌中の微生物の複雑な相互作用は、潜在的な炭素吸収源として提案されている。バイオオーグメンテーションは、微生物群集の「知能」を高める方法として提案されており、すなわち、独立栄養性、炭素固定性、または窒素固定性の細菌のゲノムをメタゲノムに追加することである。^{[ 20 ]}

細菌の形質転換は、複雑な適応的協調行動を伴う微生物の知能の一形態である。これまでに、グラム陽性菌とグラム陰性菌がほぼ同数含まれ、形質転換能力を持つと考えられる細菌種が約80種特定されている。^{[ 23 ]}

V. cholerae は細菌の形質転換を目的として細胞レベルで強力にコミュニケーションする能力を持ち、この形態の微生物知能は協調的なクオラムセンシングを伴います。^{[ 24 ] [ 25 ]}小腸で遭遇する 2 つの異なる刺激、酸素の欠如と宿主が産生する胆汁酸塩の存在は、V. cholerae のクオラムセンシングを刺激し、その結果、病原性を高めます。^{[ 26 ]}微生物知能を伴う協調的なクオラムセンシングは、細胞外 DNA が (コンピテント) V. cholerae細胞に取り込まれるプロセスである自然遺伝子形質転換を促進します。 ^{[ 27 ]} V. cholerae は、世界中で何百万人もの人々に影響を与える重度の伝染性下痢を伴うコレラを引き起こす細菌病原体です。

肺炎球菌は、微生物の知能の一形態である協調的な複合クオラムセンシングシステムを利用して、バクテリオシンの放出を制御するとともに、自然遺伝子形質転換に必要なコンピテント状態に分化します。^{[ 28 ]}コンピテント状態はペプチドフェロモンによって誘導されます。^{[ 29 ]}コンピテント状態の誘導により、集団内の肺炎球菌細胞のサブフラクションからDNAが放出されますが、これはおそらく細胞溶解によるものです。その後、コンピテント状態に誘導された肺炎球菌細胞の大部分は受容体として働き、ドナーから放出されたDNAを取り込みます。^{[ 29 ]}肺炎球菌の自然形質転換は、遺伝子組換えを促進するための適応的な微生物知能の一形態であり、高等生物の性に似ているようです。 ^{[ 29 ]}肺炎球菌は毎年100万人以上の死因となっています。^{[ 30 ]}