微小無腦的單細胞生物也可以做出複雜“決定”
依據最新一項研究,微小無腦的單細胞團可以做出決定,它們能“改變主意”,避免接觸刺激性物質。一個多世紀前,美國動物學家赫伯特·斯賓塞·詹寧斯對一種叫做Stentor roeselii的相對較大、喇叭狀單細胞生物進行試驗,結果顯示,當他在這些單細胞生物周圍釋放一種刺激性胭脂紅粉末時,觀察到單細胞以一種可預見的模式進行反應。他於1906年發表的研究報告《低等生物行為》中描述了單細胞的行為特徵。
當單細胞生物Stentor roeselii表面接觸某些物質時,會迅速收縮擺脫它們。
Stentor roeselii先試圖避開身體周圍的粉末,如果該措施無效;它們就會逆轉纖毛運動,推開周圍的粒子,它的纖毛是實現移動和進食的毛髮狀突起;如果以上兩種情況均無效,該單細胞生物就會迅速收縮,最終如果所有方法都失敗,它就會脫落表面碎屑,快速遊走。
在隨後幾十年裡,科學家在多項試驗中未能複制這些發現,因此該發現遭到置疑,近期,美國哈佛大學一支研究小組決定再次進行這項老試驗,研究報告作者、哈佛大學系統生傑里米·古納瓦德納(Jeremy Gunawardena)在一份聲明中稱,這是一項完全脫離教科書的“臭鼬試驗”,這不是任何人能夠操作的日常工作。
經過長期搜尋工作,研究人員從英國供應商獲得來自一處高爾夫球場的Stentor roeselii樣本,之後船隻運送到古納瓦德納的實驗室,研究小組使用顯微鏡觀察和記錄了這些單細胞生物遇到附近刺激物時的行為反應。
首先,他們嘗試釋放刺激性胭脂紅粉末,21世紀的單細胞生物不像100多年前它們祖先容易被驚擾,研究報告顯示,胭脂紅粉末是胭脂蟲的自然產物,所以自詹寧斯時代以來,胭脂蟲成分可能發生了變化,所以研究人員嘗試採用另一種刺激物——顯微等級塑料球。
此時實驗結果符合之前的預期,Stentor roeselii開始試圖避開塑料球,採用的策略與詹寧斯研究報告中的相一致,起初它們的躲避行為並未表現出任何特定的規律,例如:一些單細胞生物會彎曲身體再收縮,而一些只會收縮身體。科學家進行統計分析顯示,平均而言,單細胞生物做出決策時通常採用類似的行為規律——在收縮分離或者遊走之前幾乎總是選擇彎曲和改變纖毛方向。
更重要的是,研究人員發現,如果單細胞生物真到了需要收縮或者分離的階段,它們選擇其中一種行為的概率是均等的。
古納瓦德納說:“它們會先做簡單的防禦措施,如果遇到不斷的外界刺激,它們會’決定’嘗試其他的方法,Stentor roeselii沒有大腦,但似乎存在著某種機制,一旦感覺刺激持續太久,就會’改變主意’。”
這項發現有助於科學家展開癌症研究,甚至改變我們對自身細胞的認知,古納瓦德納說:“細胞並不僅僅是由基因編程來完成任務,它們存在於一個非常複雜的生態系統,在某種程度上相互溝通和協調,對信號做出反應和決策,單細胞生物的祖先曾經統治著遠古地球,很可能它們比人們所認知的更加複雜。”目前,這項最新研究報告發表在12月5日出版的《當代生物學》雜誌上。