Verhaltensrepertoires in einem adaptiven, netzwerkbildenden Schleimpilz

• Antragstellerin: Professorin Dr. Karen Alim
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563482424

Der Schleimpilz Physarum polycephalum formt seinen Körper zu einem Netzwerk, das Ressourcen durch den gesamten Organismus transportiert. Trotz des Fehlens eines zentralen Signalverarbeitungszentrums sind die Netzwerkmorphologien an die Umwelt des Schleimpilzes angepasst und zeigen Verhaltensanzeichen von Intelligenz und Gedächtnis. Der Mechanismus, der dem überraschenden Verhalten von Physarum zugrunde liegt, ist jedoch unklar, insbesondere inwieweit die Verhaltensweisen von Physarum aus natürlichen oder physikalischen Zwängen der Netzwerkmechanik resultieren. In einem gemeinsamen Projekt der UCLA (USA) und der TUM (Deutschland) werden experimentelle Aufnahmen des Verhaltens von Physarum mit theoretischen Modellen des Verhaltensraums konfrontiert, der durch die Architektur des Netzwerks eingeschränkt wird. Die Arbeit geht von der Hypothese aus, dass sich das Verhalten aus der Überlagerung einer endlichen Menge von Strömungsmoden ergibt, die den Transport von Ressourcen, aber auch Veränderungen der Netzwerkarchitektur steuern. Da die Strömungsmoden durch die Netzwerkarchitektur eingeschränkt werden, entsteht eine selbstorganisierende Rückkopplungsschleife. Die Arbeit wird einen mechanistischen Einblick in die Art und Weise geben, wie Strömungsmoden das Verhalten steuern, indem sie drei nachfolgende Ziele aufdeckt: 1. Ein einzelnes Netzwerk erlaubt nur eine kleine Anzahl von selbstorganisierten Strömungsmoden. Die Moden werden durch die Weiterleitung lokaler Signale ausgewählt, die zu Veränderungen in der Mechanorheologie des Netzwerks führen. 2. Die Strömungsmoden steuern Veränderungen in der Netzwerkarchitektur, einschließlich Ader-initiation, -verstärkung und -beschneidung. 3. Die Strömungsmoden werden genutzt, um die Migration des gesamten Organismus zu initiieren und aufrechtzuerhalten. Die Arbeit wird einen mechanistischen Einblick in die Verhaltensmechanik von Zellen geben, indem sie den Bereich der natürlichen Entscheidungen von den emergenten physikalischen Zwängen abgrenzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Marcus Roper, Ph.D.