Physarum-Labor

Wie bildet ein Einzeller ohne Gehirn ein Netz? Setze Futterquellen und sieh zu, wie Adern entstehen und wieder verschwinden.

Klick = Futterquelle setzen · Umschalt + Klick = entfernen · Startpunkt ist die erste Quelle

Was passiert hier?

Jede Linie ist eine Ader mit einer Leitfähigkeit. Durch Adern, die oft durchflossen werden, fließt immer mehr – sie werden dicker. Adern, die kaum genutzt werden, bilden sich zurück. Aus dieser einfachen Rückkopplung entsteht ein Netz, das Futterquellen mit wenig Gesamtlänge verbindet und dennoch Umwege behält.

Das Modell folgt dem Ansatz von Tero et al. (Science, 2010) in vereinfachter Form. Der Exponent 1,8 entspricht dem Wert γ = 1,80 im Zusatzmaterial von Tero et al.; Zeitschritt und Schwelle sind Annahmen dieser Anwendung. Ein echtes Plasmodium ist deutlich komplexer; das Modell zeigt Prinzipien, keine Messwerte.

Aufgaben

  1. Setze μ auf 1,1 und dann auf 3. Was ändert sich an der Zahl der Adern?
  2. Erhöhe die Schwelle, bis das Netz zerfällt. Warum passiert das?
  3. Lege vier Quellen in ein Quadrat und eine fünfte in die Mitte. Welche Form entsteht?

Quellen: Nakagaki, Yamada, Tóth (2000), Nature; Tero et al. (2010), Science; Übersicht in Annu. Rev. Condens. Matter Phys. (arXiv:2306.09063). Vollständige Literatur im Fachpapier SCHLEIM-PROV0001.