Простейший организм без мозга продемонстрировал сложные условные рефлексы

Простейшие организмы могут осваивать ассоциативное обучение, показало новое исследование, опубликованное на bioRxiv. Учёные продемонстрировали, что Stentor coeruleus — одноклеточный организм с трубчатым телом — способен связывать слабые и сильные стимулы, ранее считавшиеся прерогативой многоклеточных животных.

Простейшие учатся на основе привыкания — постепенного снижения реакции на повторяющийся безвредный стимул, например, шум или запах. Это явление наблюдается у животных, растений, грибов и даже у одноклеточных организмов вроде Stentor и слизевика Physarum polycephalum.

Сложнее — ассоциативное обучение, когда один стимул предсказывает другой. Классическим примером считается эксперимент Ивана Павлова: звук колокольчика у собак вызывал слюноотделение, если его сочетали с кормлением.

Сэм Гершман из Гарвардского университета с коллегами провёл аналогичные эксперименты с Stentor. Эти организмы достигают 2 миллиметров длины, плавают в прудах при помощи ресничек и имеют прикрепительный орган для фиксации к поверхности, а на противоположном конце располагается трубчатый пищевой аппарат.

При прикреплении Stentor фильтрует пищу. При тревоге он быстро сжимается в шар, прекращая питание. Такое поведение выгодно с экологической точки зрения: сокращаться без необходимости экономически невыгодно. Учёные использовали это, чтобы изучить обучение.

Сначала они сильно постукивали по дну чашек Петри с культурами Stentor. Организмы реагировали сокращением, но с повторением ударов каждые 45 секунд (всего 60 раз) число сокращений уменьшалось — проявлялось привыкание.

Далее слабый удар подавался за 1 секунду до сильного, пары повторялись каждые 45 секунд. После десяти и более повторений вероятность сокращения после слабого удара сначала росла, затем падала. Это свидетельствует о том, что Stentor связал слабый стимул с последующим сильным — проявился эффект ассоциативного обучения.

«Мы наблюдали пик реакции на графике: сначала увеличение скорости сокращений, потом спад. Если слабый удар показывать отдельно, такого эффекта нет», — поясняет Гершман. Результаты показывают, что Stentor способен осваивать формы познания, которые раньше считались возможными только для многоклеточных с мозгом. Это указывает на древнее эволюционное происхождение ассоциативного обучения, появившееся задолго до нервных систем.

Механизм хранения памяти у Stentor пока неизвестен. Учёные предполагают, что рецепторы, реагирующие на прикосновение, регулируют поступление кальция в клетку, изменяя напряжение и вызывая сокращение. Повторные стимулы могут модифицировать эти рецепторы, действуя как молекулярный переключатель, останавливающий сокращение.

Шашанк Шекхар из Университета Эмори добавляет, что Stentor способен объединяться в кратковременные группы для более эффективного питания. Он считает, что другие одноклеточные тоже могут осваивать ассоциативное обучение: «Если это проявилось однажды, вероятно, повторится вновь».

Читайте также: