Categories
科技報導

哈佛研究團隊發現沒有大腦的單細胞生物似乎能夠“改變主意”



由於復雜生物通常由數万億個細胞組成,因此我們很容易忽略單細胞生物。但是哈佛大學的一項新研究表明,其中某些生物可能具有比我們認為的更為複雜的決策能力。在實驗中,研究人員發現一種單細胞生物可以選擇不同的方案,並能夠“改變主意”。

下載.png

這種生物被稱為Stentor roeselii,其是一種淡水單細胞生物,形狀有點像小號。它相對較大的身體的一端有著一個嘴巴狀開口,周圍有稱為纖毛的細毛。這些纖毛以精確的運動方式旋轉,形成漩渦,將食物顆粒吸入“口腔”。在另一端,S. roeselii逐漸變細成一種固持劑,將其錨固在固體表面上。

在對有機體的實驗中,哈佛大學的研究小組發現,它可以根據對刺激的反應從行為的層次結構中進行選擇,並在行動無濟於事時“改變主意”。刺激是微塑料珠的脈衝。

研究人員觀察到S. roeselii以多種不同方式對刺激物做出反應。首先,這些生物會彎曲遠離珠子。如果那沒有任何作用,它將開始沿相反的方向甩動纖毛,將微粒從其嘴中推開。該S. roeselii也可以選擇自己縮回到了固著器,並作為最後的手段,其會逃離並遊走。

下載.gif

這些行為表明,單細胞生物的行為和決策比科學家通常認為的更為複雜。畢竟,對於一個沒有大腦的生物,改變想法是相當令人印象深刻的能力。

該團隊並不是第一個進行這樣的實驗的人-相反,他們專門著手再現一個多世紀以前的研究結果。動物學家Herbert Spencer Jennings早在1906年就描述了相同的基本實驗,但結果相似。

不過,這項新研究的研究人員確實發現了一些與Jennings的結果略有不同的結果。 Jennings報告說,這些行為總是必須以相同的順序發生。但是這項新的研究發現,並非所有單細胞生物都以相同的方式或相同的順序做出反應。有些單細胞生物可能彎曲然後收縮,而另一些可能訴諸於纖毛,然後彎曲,然後收縮。

ezgif-6-811d57c7430e.gif

但是,當團隊對結果進行統計分析時,他們發現了一種有趣的模式。儘管各個生物行為可能有所不同,但它們具有潛在的層次結構。作為響應,S. roeselii在大多數情況下會先彎曲並揮動纖毛,如果刺激持續,則它們會收縮,然後最終脫離。它們幾乎總是遵循這一規則。

該研究的主要作者Jeremy Gunawardena表示:“它們首先做簡單的事情,但是如果你不斷刺激,它們會'決定'嘗試其他事情。 S. roeselii沒有大腦,但一旦感覺刺激已經持續了太久,似乎有某種機制可以讓它'改變主意'。這種層次結構使人們對生物體內進行的某種形式的相對複雜的決策計算具有生動的感覺,權衡了執行一種行為相對於執行另一種行為是否更好。

研究人員推測,像 S. roeselii這樣的單細胞生物可能具有某種形式的細胞“認知”,從而使它們能夠處理複雜的信息並做出決定。

這項研究發表在《當代生物學》雜誌上。該團隊在下面的視頻中描述了這項研究成果。