以前人们认为,学习行为只适用于具有复杂大脑和神经系统的动物,但一项新的研究证明,这也可能发生在单个细胞中。
因此,这一新证据可能会改变我们对生命本身的看法。
11月19日发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一项新研究发现,在纤毛虫和变形虫等单细胞生物中发现了习惯化的证据。习惯化可以定义为一种学习方式,即你对环境中的某些事物变得如此习惯,以至于你不再注意到它,比如噪音或声音。
巴塞罗那基因组调控中心(CRG)和波士顿哈佛医学院的研究人员使用计算模型来观察纤毛虫和哺乳动物细胞内的分子网络如何对各种刺激序列做出反应。
此前,关于这一主题的研究一直存在争议,第一个是20世纪的单细胞纤毛虫Stentor roeselii实验,当时被忽视。这一理论在70年代和80年代得到了进一步的探索,当时在其他纤毛虫身上发现了习惯化的迹象。
“这些生物与有大脑的动物是如此不同。学习意味着它们使用内部分子网络,以某种方式执行类似于大脑神经元网络的功能。没有人知道它们是如何做到这一点的,所以我们认为这是一个需要探索的问题,”该研究的合著者、巴塞罗那基因组调控中心(CRG)的研究员罗莎·马丁内斯(Rosa Martinez)说。
数学方程式被用来理解细胞的语言和反应,这种方法意味着专家们可以进一步了解当反复暴露在相同的刺激下,细胞内部的分子相互作用是如何变化的。
他们特别关注负反馈回路和非相干前馈回路——简单地说,前者相当于当房间达到一定温度时关闭加热器的恒温器,而后者就像带有计时器的运动激活灯。
在这两种分子回路之间,细胞至少同时对刺激做出反应,从而产生在复杂的大脑和神经系统中常见的习惯化信号。
虽然不是所有的反应都同时发生,但这些反应在科学家所谓的“时间尺度分离”中有所不同,马丁内斯博士认为“这可能是细胞层面上的一种‘记忆’,使细胞既能立即反应,又能影响未来的反应”。
那么这个新信息意味着什么呢?
研究结果表明,单细胞可以记住东西,因此这种理解可以应用,并可能解释为什么细菌会对抗生素产生抗药性。
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