Исследователи из Университета Райса с помощью системы искусственного интеллекта изучили самоорганизацию бактериальных сообществ Myxococcus xanthus — почвенного микроба, живущего колониями палочковидных клеток. Когда поблизости нет пищи, а колония достаточно велика, клетки сливаются в единую структуру — плодовое тело: часть из них превращается в устойчивые споры, другие жертвуют собой.
Ученые записали более 900 покадровых «фильмов» (снимки делались каждую минуту) о самоорганизации 292 штаммов миксобактерий в течение 24 часов. Разрешение не позволяло увидеть отдельные клетки, но показывало изменение локальной плотности по мере реорганизации роев в агрегаты и плодовые тела. Для анализа огромного массива данных (каждое изображение содержало миллионы пикселей) создали ИИ‑систему из трех частей: глубокий кодировщик сжимал кадр в набор из 13 числовых значений, генеративная модель восстанавливала изображения на их основе, а контрастная сеть училась отличать значимые биологические различия от несущественных вариаций.
ИИ выявил скрытые закономерности самоорганизации, которые сложно заметить человеку, и опроверг убеждение о хаотичной подготовительной фазе после начала голодания. Модель с точностью 80−85% предсказывала, сможет ли популяция формировать агрегаты, даже когда начальные изображения казались идентичными.
Также она показала, как генетические мутации влияют на поведение бактерий: M. xanthus имеет две системы подвижности («социальную» и «авантюрную»), регулируемые разными генами. Нарушения в них вели к разным траекториям развития — от отсутствия агрегатов до морфологических искажений. Метод дал новый способ измерения сложных биологических закономерностей и прояснил связь между генотипом и поведением организма.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что цианобактерии удивили ученых эволюционным сдвигом.
