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Learning in Kombucha
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DOI：10.1016/j.nxmate.2025.101281.png)
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摘要
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本研究探讨了 kombucha SCOBY（细菌与酵母共生菌群）如何通过生物电机制表现出类似学习的行为。采用莎士比亚文本进行了结构化电刺激。使用 Arduino 微控制器将哈姆雷特的独白转换为二进制信号，并通过八个数字引脚传输至 kombucha 培养物。实施了两种实验方案：短暂刺激（10 s，单循环）和持续刺激（1000 s，100 循环）。扫描电子显微镜显示，经过一年的脱水处理后发生了复杂的微观结构转变，包括直径在 1 μm 至 30 μm 范围内的有机酸结晶化，同时纤维素纳米纤维结构也得到了保留。生物电测量表明存在适应性响应。在短暂刺激期间，电阻从基线 R0 = 450 MΩ 增加至峰值 Rpeak = 580 MΩ，随后以 dR/dt = -28.43 MΩ/s 的速率线性衰减。持续刺激导致电阻变化幅度较低且持续，范围在 496 kΩ 至 659 kΩ 之间，表现出由线性趋势 R(t) = -0.0644t + 638.88 描述的渐进适应。提出的机制涉及四步过程：离子通道调节、膜极化、代谢通路改变和生物膜重构。在三个电流幅度（tac = 0.01、0.05、0.08 mA）下进行了恒电流阻抗谱测试。结果显示生物电化学行为依赖于频率。阻抗幅值在 0.01 Hz 至 100,000 Hz 频率范围内变化，范围从 500 Ω 至 10,000 Ω。Nyquist 图分析显示半圆形阻抗弧。相位角在 f ≈ 1 Hz 时达到峰值 φmax ≈ 55°。这表明存在电容性极化效应以及微生物生物膜基质中的多个时间常数。这些发现表明，kombucha 通过电化学条件作用表现出一种基本形式的学习，形成了一种在刺激结束后仍持续存在的生物电记忆。本研究有助于加深对微生物智能以及发酵系统中生物电现象的理解。
Keyword:
Kombucha SCOBY
Bioelectrical learning
Microbial intelligence
Arduino stimulation
Shakespeare encoding
Electrical adaptation
Biofilm crystallization
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