Dodano: 06 grudzień 2019r.

Jednokomórkowy organizm podejmuje złożone decyzje nawet bez układu nerwowego

Czy jednokomórkowy organizm może „zmienić zdanie”? W 1906 roku zoolog Herbert Spencer Jennings poinformował o niezwykłym odkryciu. Znalazł przykład inteligentnego zachowania w organizmie słodkowodnym zbudowanym z jednej komórki, znanym jako Stentor roeseli. Współcześni mu badacze nie potrafili powtórzyć jego eksperymentu i został on zdyskredytowany. Ale nowe obserwacje potwierdzają twierdzenia Jenningsa.

Stentor roeseli

 

Ponad 100 lat temu Herbert Spencer Jennings opisał zaskakująco złożone i różnorodne zachowania unikania zagrożenia u jednokomórkowego organizmu słodkowodnego - Stentor roeseli. Kiedy badacze w późniejszych eksperymentach na pokrewnych organizmach nie byli w stanie odtworzyć tego, co widział Jennings, jego twierdzenia zostały zdyskredytowane i odsunięte na bok. Ale nowe badania wskazują, że organizm ten reaguje na zagrożenia w zaskakująco skomplikowany sposób, co sugeruje, że faktycznie może on „zdecydować”, co robić.

Stentor roeseli to powszechnie występujący gatunek orzęski. Ten duży orzęsek ma kształt trąbki i zamieszkuje jeziora, stawy i zakola rzek na całym świecie. Ma długość od 150 do 3000 mikrometrów. Żywi się bakteriami, wiciami, algami i innymi orzęskami. Zazwyczaj przyczepia się do zanurzonych części rośli, ale może też swobodnie pływać. To wysoce kurczliwy organizm – gdy pływa przybiera jajowaty kształt. W stanie rozciągniętym jest podobny do popularnego instrumentu. Zaliczany jest do protistów zwierzęcych. Jest wystarczająco duży, by zobaczyć go bez mikroskopu.

Badania opublikowane w piśmie „Current Biology” potwierdzają to, czego Jennings był świadkiem. Obserwacje uchwycone przez uczonych na wideo pokazują, że S. roeseli zmienia swoją reakcję po tym, jak zostaje opryskany strumieniem kulek polistyrenowych. Odkrycia sugerują, że jednokomórkowy organizm może podejmować decyzje, co z kolei pozwala mu „zmienić zdanie”.

Jednokomórkowy organizm może „zmienić zdanie”

- Protisty muszą działać w złożonych środowiskach ekologicznych i naturalnie wykazywać złożone zachowania do rozwiązania problemów, takich jak nawigacja, polowanie i lokalizowanie partnerów – powiedział Jeremy Gunawardena z Harvard Medical School. - Ale szczególnie fascynujące w tym, co opisał Jennings, jest to, że wykazują złożony proces podejmowania decyzji. Organizm ten może „zmienić zdanie” w odpowiedzi na bodziec. Zwykle myślimy, że takie autonomiczne, poznawcze zachowania zachodzą w organizmach wielokomórkowych z układami nerwowymi, ale tutaj widzimy, że organizmy jednokomórkowe również mają takie możliwości - dodał.

Ale, jak zauważył ponad 100 lat temu Jennings, S. roeseli może reagować na kilka różnych sposobów na nieprzyjemny bodziec. Może robić uniki, zmieniać kierunek ruchu rzęsek, aby odeprzeć bodziec, lub kurczyć się - co czasami prowadzi do odczepienia się organizmu od podłoża i odpłynięcia od irytującego bodźca. Jennings stwierdził również, że reakcje te zdarzały się w określonej kolejności, jeśli nieprzyjemny bodziec był stosowany wielokrotnie. Skurczenie się i odczepienie od podłoża było ostateczną reakcją, po kilku bezskutecznych próbach stosowania innych.

Jednym z powodów, dla których poprzednie badania, w których próbowano powtórzyć odkrycia Jenningsa, były nieskuteczne, było to, że wówczas uczeni wykorzystali inny gatunek orzęski. W nowym badaniu naukowcy upewnili się, że badają właściwy gatunek. Wyhodowali go w laboratorium, a następnie próbowali powtórzyć to, co zrobił Jennings, obserwując zachowania pierwotniaka.

Złożone zachowania jednokomórkowca

Naukowcy potraktowali S. roeseli karminowym proszkiem. Tak się złożyło, że organizm nie zareagował. Podobnie było z wieloma innymi substancjami. Wreszcie wypróbowali malutkie kuleczki styropianowe zawieszone w roztworze. Uczeni umieścili organizm pod mikroskopem wyposażonym w możliwość nagrywania, a następnie wylali na niego przygotowany uprzednio roztwór drobną pipetą.

To poskutkowało. Pierwotniak reagował na wszystkie sposoby, które opisał Jennings. Najpierw odsuwał się od nieprzyjemnego bodźca, potem zmieniał kierunek rzęsek, wielokrotnie się kurczył lub odrywał od podłoża i odpływał. Jednak zespół odkrył również znacznie większą różnorodność zachowań, z nielicznymi przypadkami, w których wszystkie zachowania miały miejsce w kolejności opisanej przez Jenningsa.

Badacze opracowali metodę analizy statystycznej, która wykazała, że ​​porządek zachowań rzeczywiście występował, ale nie zawsze. Zazwyczaj protisty mają tendencję do wyginania się i odwracania kierunku rzęsek jako strategii unikania nieprzyjemnych bodźców w pierwszej kolejności. Jeśli to nie pomaga następuje skurcz, oderwanie się od podłoża i ucieczka.

Podsumowując, ustalenia naukowców sugerują hierarchię zachowań unikania, które są ustalane na podstawie wcześniejszych doświadczeń. „Uważamy hierarchię zachowań za formę sekwencyjnego podejmowania decyzji” - napisali autorzy badań.

Analizy statystyczne zespołu sugerują również, że szanse na to, czy organizm się skurczy, czy odczepi i odpłynie, wynosiły niemal dokładnie pół na pół. Organizmy te w jakiś sposób podejmowały decyzje, jakby rzucały monetą - dość zaskakująca zdolność dla pojedynczej komórki. Członkowie zespołu badawczego chcą teraz zbadać mechanizmy leżące u podstaw tego swoistego „rzutu monetą”. Chcą także zaprzęgnąć nowoczesne techniki uczenia maszynowego do badania S. roeseli.

 

Źródło: EurekAlert!