单细胞有机体似乎做出了决定(2019年)

今日(十二月五日)发表在“当代生物学”上的一篇论文重现了一项100年前令人怀疑的研究结果，证实生活在池塘中的原生动物Stentor roeseli可以通过复杂和可预测的行为改变来逃避伤害。

加州大学旧金山分校(University of California，San Francisco)的细胞几何学家华莱士·马歇尔(Wallace Marshall)没有参与这项研究，他说：“(这篇论文)表明，单个细胞可以有几种不同的可能反应，然后按规定的顺序进行选择。”“詹宁斯在一个多世纪前就报道过这一点，但没有人真正相信它，所以在我看来，用现代方法再次展示这一结果真的很令人兴奋，”他继续说。“我喜欢的是，他们真的非常认真地对待过去的结果。”

真是令人着迷。。。一个不是神经元的单个细胞拥有做出决定所需的一切。

它生活在池塘和其他静止或缓慢移动的淡水水体中，是一种喇叭形状的单细胞生物体，大到肉眼可以看到。它附着在沉水植物上，以细菌和其他小生物为食，偶尔游泳。

1902年，动物学家赫伯特·詹宁斯(Herbert Jennings)发表了一篇论文，在论文中，他描述了罗塞利鹦鹉在一种令人不快的刺激下行为的变化-将胭脂红(一种由粉状昆虫壳制成的红色染料)移入这种生物的一般附近。根据这篇论文，S.roeseli的第一个回避策略是弯腰避开刺激物。如果这不起作用，这种生物就会改变其纤毛拍打的方向，以赶走颗粒。如果做不到这一点，S.roeseli就收缩自己的身体以躲避攻击。而且，作为最后的手段，这个生物脱离了它附着的物体，游走了。

1967年的一篇论文未能复制詹宁斯的发现，导致这些早期的观察结果在很大程度上被遗忘了。

哈佛大学系统生物学家杰里米·古纳瓦德纳在大约十年前的一次演讲中了解到詹宁斯的发现后，开始对这一发现着迷，因为它“表明单个细胞的行为可能比我们通常认为的更复杂。”然后，他说，1967年的论文声称结果是错误的，这让他变得更加恼火。“这是我见过的最拙劣的研究之一，”他说。该报报道说，作为对胭脂红粉末的反应，细胞游走了，但“他们使用了错误的有机体，”古纳瓦德纳-斯坦托·蓝蓝星(Gunawdena-Stentor Blue uleus)说。“所以这真的让我很恼火。”这种不公的感觉促使他和他的同事们看看能否重述詹宁斯的旧实验。

当团队未能引起使用胭脂红粉末的S.roeseli做出任何回应时，调查立即遇到了障碍。“在这一点上，我们几乎放弃了，”古纳瓦德纳说。他们急于找到任何可能产生反应的东西，于是测试了实验室里现成的一系列物质，发现微小的聚苯乙烯微珠“引发了可重复的回避行为”--事实上，詹宁斯自己注意到的所有四种行为都是如此。作者认为，目前尚不清楚为什么胭脂红不起作用，但产品的成分可能自20世纪初以来发生了变化。

詹宁斯报告说，他的观察结果是对这种有机体的概括性描述，而古纳瓦德纳的团队则采取了统计方法。他们从近60个不同的实验中收集了数据，在这些实验中，一个、两个或三个生物体受到一到七个脉冲的珠子溶液的影响。在多个脉冲的情况下，每个脉冲都是在有机体恢复其休眠状态之后给予的。

对收集的数据的计算分析表明，正如詹宁斯已经看到的那样，这些行为往往是按等级顺序发生的。然而，这种层级结构只在人口层面上被观察到。在任何个体有机体中，纤毛方向的反转、弯曲或收缩都可能以任何顺序发生。然而，在有机体脱离的情况下，收缩总是紧随其后的行为。

尽管目前还不清楚S.roeseli是如何在行为之间切换的，“现在我们非常确定(詹宁斯的结果)确实是真的。。。。它把它带入了一个领域，人们可以开始从更机械化的层面来研究它，“马歇尔说。

斯坦福大学的机械和生物工程师辛迪·唐(Sindy Don)没有参与这项研究，他说：“他们能够重复(这些发现)，这真是太棒了。”“这真是令人着迷。。。一个不是神经元的单个细胞拥有做出决定所需的一切。“。

悉尼大学进化生态学家玛德琳·比克曼(Madeleine Beekman)没有参与这项研究，她在写给“科学家”的电子邮件中写道：“这篇论文很好地解决了那些愿意接受非神经元有机体也有能力处理信息并根据这些信息采取行动的[研究人员]和那些坚持认为只有神经元有机体才有能力做出复杂决策的人之间的争论，”她没有参与这项研究的悉尼大学进化生态学家马德琳·比克曼(Madeleine Beekman)在给“科学家”的一封电子邮件中写道。“显然，有脑有机体和无脑生物体之间有根本的区别，”她继续说，“但问题是大脑不是凭空产生的。”大脑是施加在具有最基本信息处理形式的有机体上的选择压力的结果。古纳瓦德纳和他的同事们表明，这种基本的基础工作已经存在于单细胞生物体中。“。

J.P.Dexter等人，“单细胞真核生物中回避行为的复杂层次”，美国Curr Biol，DOI：10.1016/j.cu.2019.10.059,2019年。

露丝·威廉姆斯(Ruth Williams)是康涅狄格州的一名自由撰稿人。给她发电子邮件到[email protected]，或者在Twitter@rooph上找到她。