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谁说单细胞“简单”?有种单细胞能做出复杂决定

根据一项新的研究,微小的无脑单细胞集群可以做出决定。他们可以“改变主意”,避免接触刺激性物质。

一个多世纪前,美国动物学家赫伯特·斯潘塞·詹宁斯在一种相对较大的喇叭形单细胞生物斯藤托耳·罗塞利身上进行了实验。结果表明,当他在这些单细胞生物周围释放一种刺激的胭脂红粉末时,他以一种可预测的模式观察到了单细胞反应。他在1906年的研究报告《低等生物行为》中描述了单细胞的行为特征。

如果这一措施无效,斯藤托耳·罗塞利首先试图避开身体周围的粉末;它们会逆转纤毛的运动,推开周围的颗粒。它的纤毛是像毛发一样的突起,可以移动和进食。如果上述两种条件都无效,单细胞生物将迅速萎缩,最终如果所有方法都失败,它将从表面碎片上脱落并迅速移动。

在接下来的几十年里,科学家们未能在许多实验中复制这些发现,因此这些发现受到了质疑。最近,哈佛大学的一个研究小组决定再次进行这个老实验。该研究报告的作者、哈佛大学系统学生杰里米·古纳瓦德纳(Jeremy Gunawardena)在一份声明中表示,这是一个完全脱离教科书的“臭鼬实验”,不是任何人都能操作的例行工作。

经过长时间的搜寻,研究人员从一家英国供应商那里获得了斯藤托耳·罗塞利的样品。样本随后被运送到贡纽沃德内的一个实验室。研究小组使用显微镜来观察和记录这些单细胞生物遇到附近刺激时的行为反应。

首先,他们试图释放刺激性胭脂红粉末。21世纪的单细胞生物不像100多年前的祖先那样容易受到干扰。研究报告显示胭脂红粉是胭脂虫的天然产物,因此胭脂虫的成分可能自詹宁斯时代起就已经改变了,所以研究人员试图使用另一种刺激物——显微镜级塑料球。

此时,实验结果与之前的预期一致。斯藤托耳·罗塞利开始尝试避开塑料球。所采用的策略与詹宁斯研究报告中的一致。起初,他们的回避行为没有显示出任何具体的规则。例如,一些单细胞生物会弯曲身体并再次收缩,而其他生物只会收缩身体。科学家进行的统计分析表明,平均而言,单细胞生物在做决定时通常采用相似的行为模式——它们几乎总是选择在收缩、分离或迁移之前弯曲和改变纤毛的方向。

更重要的是,研究人员发现,如果单细胞生物真的达到了它们需要收缩或分离的阶段,它们选择其中一种行为的概率是相等的。

冈尼瓦德内说:“他们将首先采取简单的防御措施。如果他们遇到持续的外部刺激,他们会“决定”尝试其他方法。斯藤托耳·罗塞利没有大脑,但似乎有某种机制可以在他感觉刺激持续时间过长时“改变他的想法”

这一发现有助于科学家进行癌症研究,甚至改变我们对自己细胞的认知。Gonnewardene说:“细胞不仅被基因编程来完成任务。它们存在于一个非常复杂的生态系统中。在某种程度上,他们相互沟通和协调,对信号做出反应并做出决定。单细胞生物的祖先曾经统治着古老的地球,他们可能比人们意识到的还要复杂。”目前,最新的研究报告发表在12月5日的《当代生物学》杂志上。

最奇特的生物:即使是微小的无脑单细胞也能做出复杂的决定。

标题:谁说单细胞“简单”?有种单细胞能做出复杂决定

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