《细胞》子刊新研究：单细胞生物并不“无脑” 它也能进行复杂决策

如今，单细胞生物是原始和简单的同义词。然而，新的研究表明，它们的能力可能远远超出人类的想象。

通过复制一个多世纪前进行的一项实验，哈佛医学院(Harvard Medical School)的系统生物学家现在拿出了令人信服的证据，证明至少有一种单细胞生物——Stentor roeselii——表现出了回避行为的层次结构。

作者说，反复暴露在相同的刺激下，生物体实际上可以“改变其反应方式”，这表明它们有能力做出相对复杂的决策过程。

研究结果发表在12月5日的《当代生物学》(Current Biology)网络版上。《当代生物学》(Current Biology)是《Cell》的子刊。

“我们的发现表明，单个细胞比我们通常认为的要复杂得多，”相应研究的作者、哈佛大学布拉瓦特尼克研究所(Blavatnik Institute at HMS)系统生物学副教授杰里米·古纳瓦德纳(Jeremy Gunawardena)说。

研究人员说，这种复杂性在进化上是有道理的。

“像S. roeselii这样的生物在多细胞生物出现之前就是食物链顶端的食肉动物，它们在许多不同的水生环境中分布极为广泛，它们必须‘聪明’地弄清楚应该避免什么，在哪里进食，以及生物体为了生存必须做的所有其他事情。我认为很明显，他们可以用复杂的方式来做到这一点。”

这次科学家们复制的是10年前美国著名动物学家詹宁斯的实验。S. roeselii这种原生生物体表布满了纤毛，可以游泳，并把食物微粒扫进自己的“嘴”里。它们还会分泌一个“把手”，把自己粘在碎屑上，使自己在进食时保持静止。

詹宁斯的实验发现，S. roeselii在接触环境刺激物胭脂红粉时，通常情况下它会反复弯曲身体以避开粉末。如果刺激持续存在，它会逆转纤毛的运动，将微粒从嘴里排出。如果这个方法失败了，它就会收缩，迅速地把自己拉回到自己的“把手”上，就像一只藤壶缩回壳里一样。最后，如果之前的所有努力都失败了，S. roeselii就会脱离它的碎屑，游走。

但是此后对詹宁斯研究结果的重复实验没有成功。古纳瓦德纳认为，重复实验之所以失败是因为研究人员使用了不同的原生生物。在好奇心的驱使下，没有正式的资助支持，他的团队花了数年时间来研究这个项目。

然而，研究小组未能发现詹宁斯所记录的整齐有序的行为等级。 相反，实验对象之间似乎存在着相当大的差异----一个标本在收缩前可能会弯曲和改变其纤毛，但另一个标本可能只是反复收缩，而另一个标本会交替弯曲和收缩。

他们开发了一种方法，将他们看到的不同行为编码成一系列符号，然后利用统计分析来寻找模式。而统计分析显示，的确存在一种行为模式。

当遇到刺激物时，S. roeselii大多数时候会弯曲和改变它的纤毛，而且通常是同时发生的。如果刺激持续下去，它就会收缩或分离，然后游走。 后者的行为几乎总是发生在前者之后，而且有机体在没有首次收缩的情况下是不会分离的，这表明了一个优先的行为顺序。

“它们先做简单的事情，但如果你继续刺激它们，它们就会‘决定'尝试其他事情。它们没有大脑，但似乎有某种机制，实际上，一旦感到刺激持续时间太长，就会让它‘改变主意'。 ”

他说: “这种等级制度让我们清楚地感觉到，生物体内部正在进行某种形式的相对复杂的决策计算，权衡执行一种行为与执行另一种行为是否更好。”。

“我认为这个实验迫使我们去思考存在着某种形式的细胞‘认知'，其中单个细胞能够进行复杂的信息处理并作出相应的决策，”他继续说道。 “所有生命都有相同的基础，我们的研究结果至少为我们提供了一个证据，证明我们为什么应该拓宽视野，将这种思维纳入现代生物学研究中。”