Одноклеточный организм может «передумать»? Новое исследование говорит «да»

Новое исследование системных биологов из Гарвардской медицинской школы подтверждает, что по крайней мере один одноклеточный организм — Stentor roeselii — демонстрирует иерархию поведенческих реакций на раздражение. При повторяющемся воздействии частиц организм может, по сути, «передумать» и сменить стратегию поведения, что указывает на способность к относительно сложным процессам принятия решений.

Результаты опубликованы онлайн в журнале Current Biology 5 декабря.

Исторический эксперимент и его проверка

Исследование стало попыткой воспроизвести эксперимент американского зоолога Герберта Дженнингса (1906 г.). Он наблюдал у инфузории S. roeselii упорядоченную последовательность реакций на раздражающий порошок кармина:

1. Сгибание тела.
2. Реверсирование движения ресничек для отталкивания частиц.
3. Резкое сокращение.
4. Открепление от субстрата и уплывание.

Последующие попытки воспроизвести эти результаты (особенно в 1967 году) провалились, и наблюдения Дженнингса были в основном дискредитированы. Авторы новой работы обнаружили, что неудачная репликация 1967 года использовала другой вид инфузории (Stentor coeruleus), предпочитающий плавать, а не прикрепляться.

Современная репликация и анализ

Команда Джереми Гунавардены в ходе многолетнего «внебюджетного» проекта смогла найти S. roeselii и воспроизвести эксперимент, используя микроскопические пластиковые шарики в качестве раздражителя и систему видеомикроскопии.

Изначально исследователи не увидели чёткой иерархии, описанной Дженнингсом, — поведение отдельных особей сильно варьировалось. Однако последующий количественный анализ, при котором поведение кодировалось символами, выявил статистически значимую иерархию:

• Чаще всего организм начинает со сгибания и/или изменения работы ресничек.
• Если раздражение продолжается, он переходит к сокращению или откреплению и уплыванию.
• Эти последние реакции почти всегда следуют за первыми, а открепление никогда не происходит без предшествующего сокращения.

«Они делают простые вещи сначала, но если вы продолжаете воздействие, они "решают" попробовать что-то ещё», — пояснил Гунавардена.

«Честный жребий» и новые вопросы

Анализ выявил интригующий паттерн: выбор между сокращением и откреплением для каждой отдельной особи выглядел как случайное событие с вероятностью ~50/50, независимо от предыдущих действий.

«Он каким-то образом основывает свои решения на молекулярном уровне на честном подбрасывании монетки», — отметил Гунавардена.

Это указывает на неизвестный молекулярный механизм, лежащий в основе такого «решения».

Значение исследования

• Сложность одноклеточных: Результаты показывают, что одноклеточные организмы могут быть гораздо более сложными, чем принято считать, и способны к нетривиальной обработке информации и принятию решений.
• Эволюционный смысл: S. roeselii были вершиной пищевой цепи до появления многоклеточной жизни, и такая поведенческая гибкость имела адаптивную ценность.
• Широкий контекст: Авторы предполагают, что подобный взгляд на «клеточное познание» может быть полезен в других областях биологии, например, в исследованиях развития или рака, где клетки взаимодействуют в сложной среде и принимают решения.

«Иногда мы склонны игнорировать явления не потому, что их не существует, а потому, что не считаем важным на них смотреть», — резюмировал Гунавардена.