A capacidade de aprender costuma ser associada à presença de um cérebro ou de neurônios. Mas um estudo publicado na revista científica PRX Life indica que esse processo pode ocorrer de forma muito mais simples: até mesmo uma única bactéria é capaz de armazenar informações sobre experiências passadas e usar esse conhecimento para se preparar para situações futuras.
A conclusão vem de um trabalho conduzido por um grupo de pesquisadores liderado por Shiladitya Banerjee, professor do Georgia Institute of Technology, que investigou o comportamento da bactéria Escherichia coli (E. coli), um microrganismo amplamente estudado pela ciência. Os resultados sugerem que essas células conseguem criar uma espécie de “memória” biológica, mesmo sem possuir cérebro ou sistema nervoso.
Segundo o autor do estudo afirma em um artigo publicado no The Conversation, aprender pode ser entendido, de forma ampla, como a capacidade de usar informações obtidas no passado para influenciar decisões futuras. Sob essa definição, as bactérias demonstraram comportamento compatível com aprendizagem. “As experiências passadas das bactérias estavam moldando seu comportamento presente”, afirma o pesquisador.
O interesse dos cientistas surgiu porque as bactérias vivem em ambientes altamente dinâmicos. No intestino humano, por exemplo, a disponibilidade de nutrientes varia ao longo do dia, a temperatura pode oscilar e ameaças como antibióticos aparecem e desaparecem. Para sobreviver, esses organismos precisam reagir rapidamente às condições atuais sem perder informações relevantes sobre o que aconteceu recentemente.
Lembranças microscópicas
Para investigar se as bactérias realmente guardam lembranças de eventos anteriores, os pesquisadores utilizaram um dispositivo microfluídico (uma tecnologia que permite controlar com precisão o ambiente ao redor de células microscópicas). Com ele, acompanharam dezenas de milhares de bactérias individuais enquanto alternavam a oferta de nutrientes em diferentes ritmos.
Durante os experimentos, foi observado que as bactérias não respondiam apenas à quantidade de alimento disponível naquele momento. Elas também levavam em conta o histórico recente de disponibilidade de nutrientes.
Os cientistas compararam grupos submetidos às mesmas condições de alimentação, mas com históricos diferentes. Quando receberam uma nova oferta de nutrientes, as bactérias que haviam passado por ciclos intensos de abundância e escassez se adaptaram muito mais rápido do que aquelas que vinham de um ambiente estável.
Como o cenário imediato era idêntico para os dois grupos, os pesquisadores concluíram que a diferença estava relacionada a informações armazenadas internamente pelas células.
Estratégia de armazenamento
A etapa seguinte foi descobrir onde essa memória estaria sendo guardada. Para isso, a equipe desenvolveu um modelo matemático capaz de reproduzir o comportamento observado nos experimentos.
A análise apontou para os ribossomos, estruturas celulares responsáveis por fabricar proteínas e regular o ritmo de crescimento das bactérias. Os resultados indicam que nem todos respondem da mesma forma às mudanças no ambiente: alguns reagem rapidamente às novidades, enquanto outros mudam mais lentamente.
Na interpretação dos pesquisadores, os mais velozes registram o presente, enquanto os mais lentos preservam vestígios do passado. Juntos, eles criam um sistema de memória capaz de armazenar informações por períodos que vão de minutos a horas.
A IA imita a vida
O aspecto mais surpreendente do estudo surgiu quando os cientistas compararam esse mecanismo biológico com sistemas modernos de inteligência artificial.
O modelo desenvolvido revelou semelhanças com as chamadas redes neurais recorrentes com portas de controle (gated recurrent neural networks), uma classe de algoritmos usada para processar sequências de informações, como fala, texto e dados de sensores.
Nesses sistemas de IA, existem mecanismos conhecidos como “portas” (gates), responsáveis por decidir quais informações devem ser preservadas e quais podem ser descartadas quando novos dados chegam. De acordo com os pesquisadores, as bactérias parecem usar uma lógica semelhante por meio de processos químicos internos. Em vez de software, as “portas” são formadas por moléculas que regulam quanto da memória celular será mantida ou substituída.
“Muito antes de os seres humanos criarem a inteligência artificial, as bactérias já haviam evoluído uma estratégia notavelmente parecida para usar o passado na preparação para o futuro”, escreve o autor.
Mesma descoberta, várias aplicações
Além de desafiar a ideia de que aprendizado exige um cérebro, a descoberta pode abrir novas linhas de pesquisa tanto para a biologia quanto para a computação.
Segundo os autores, entender como organismos simples armazenam e utilizam informações pode ajudar no desenvolvimento de sistemas de inteligência artificial mais eficientes em consumo de energia e capazes de aprender continuamente sem perder conhecimentos anteriores.
O trabalho também pode ter implicações médicas. Muitas bactérias causadoras de doenças sobrevivem porque conseguem se adaptar rapidamente às condições encontradas dentro do organismo humano. Se essa capacidade depender de mecanismos de memória celular, futuros tratamentos poderiam tentar interferir justamente nos processos que permitem às bactérias registrar e utilizar informações sobre o ambiente.
Fontes: Época Negócios, The Conversation, Canaltech.
Imagem: Adrian Lange/Unsplash.
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