这些单细胞生物不需要大脑来做决定

单细胞生物在思考什么？答案显然比我们认为的要多得多。科学家通常将细胞行为定义为“编程”——对简单刺激的先天和编码反应——而不是思考或决策的形式。但《当代生物学》杂志发表的一项新研究可能会挑战这一观点。

“也许并不是它们被设定要做某事，”通讯作者兼系统生物学家杰里米·古纳瓦德纳 (Jeremy Gunawardena) 说，“而是程序为它们提供了真正做出自己决定的机制。”

当然，单细胞生物没有“思想”。但古纳瓦德纳和他的同事似乎已经证明，一些细胞在选择对某些刺激物的反应方面有发言权。这并不是一个新概念——第一个显示细胞自由对环境作出反应的实验发生在 100 多年前。

包括古纳瓦德纳在内的哈佛医学院研究人员努力重现赫伯特·斯宾塞·詹宁斯 1906 年的一项研究，该研究发现，当单细胞的喇叭状生物Stentor roeseli受到刺激物困扰时，它会决定如何反应。细胞回避令人厌烦的刺激很容易被解释为一种简单的反射，但詹宁斯声称观察到不同的Stentor roeseli细胞使用不同的行为来完成它们的回避动作。在一个看似简单的生物体中，这是一种复杂的行为。

詹宁斯最初的研究结果表明，暴露于胭脂红（一种由压碎的昆虫制成的染料）的微生物会以各种不同的方式做出反应：弯曲、改变纤毛、收缩成小球或分离。如果詹宁斯连续几次将单个细胞暴露于刺激物中，它们似乎会重新考虑其抗胭脂红策略——可能首先弯曲远离染料，然后挤压成一个保护球，然后作为最后的手段游走。

当其他研究人员在 20 世纪 60 年代未能重现这项研究时，科学界认为詹宁斯的研究结果无效。后续研究中的所有生物在第一次遇到刺激物时都会游走，而不是尝试各种机制。

但当古纳瓦德纳回过头来审视这项据称推翻詹宁斯研究成果的研究时，他发现他们甚至没有使用正确的生物体。

古纳瓦德纳对《大众科学》杂志说： “我不敢相信詹宁斯的工作因为某人的这种粗制滥造而被毁掉。”

他说，从那时起，古纳瓦德纳就在他的实验室里“惹麻烦”，试图让某人参与重现这个实验。然后，他和他的合著者（幸运的是，古纳瓦德纳并没有因为他的刺激而决定蜷缩成一团或逃跑）购买了在英国高尔夫球场池塘中发现的S. roeseli ，并开始观察这些小动物到底有多果断。

研究人员设置并操作了一个装置，用录像机和吸管将胭脂红移到生物体附近，以观察会发生什么。在古纳瓦德纳的实验中，胭脂红并没有引起生物体的任何反应。但当用微小的塑料微珠作为另一种刺激源时，细胞表现出詹宁斯首次发现的相同回避机制。

确切的反应取决于生物体本身和它被骚扰的次数。一些细胞经历了所有四种反应，而一些细胞在珠子第一次出现时就立即收缩和分离。

古纳瓦德纳说：“这个实验一直非常有趣的一点是，它揭示了单个细胞能够做出比我们通常认为的更为复杂的行为。”

明尼苏达大学生态学和进化论教授迈克尔·特拉维萨诺 (Micheal Travisano) 没有参与这项研究，他表示，我们通常只会在更复杂的生物中寻找这种行为，无论是多细胞真菌生物还是猿类。

“它挑战了我们关于什么才是复杂行为的必要条件的假设，而这些行为大多在行为生态学中进行研究，”特拉维萨诺说，“在这项研究中，他们研究的是一种纤毛虫——甚至不是一群纤毛虫——它具有一些我们认为与复杂得多的生物有关的行为。”

除了这些细胞似乎在受到刺激时会采取行动而不是仅仅抽搐之外，古纳瓦德纳还发现，当受到刺激时，细胞“选择”收缩或“选择”游走的概率几乎是 50/50——几乎就像抛硬币一样。他的下一步是找出原因。

Gunawardena 表示，将单个细胞视为具有一定程度的自主性，可以为疾病的发展提供新的视角。“我们可能希望从更生态和认知的角度来思考细胞。”