Un protist unicelular reacționează la amenințări în moduri surprinzător de complexe

A fi unicelular nu condamnă neapărat o creatură la o viață simplă. O privire nouă asupra unui experiment vechi de un secol, respins de mult timp, sugerează că așa-numitele organisme primitive se pot comporta în moduri surprinzător de complexe.

Stentor roeseliun mic protist în formă de trompetă, se poate eschiva, se poate rață sau fugi ca răspuns la un stimul iritant, schimbându-și comportamentul atunci când o strategie eșuează, raportează cercetătorii online, 5 decembrie, Biologie actuală. Studiul sugerează că celulele individuale, mai degrabă decât să fie preprogramate să reacţioneze într-un anumit mod, sunt capabile să „îşi schimbe mintea” pe baza experienţei.

„Acest experiment fascinant ne amintește că organismele primitive pot face lucruri complicate”, spune Sindy Tang, un inginer celular la Universitatea Stanford, care nu a fost implicat în studiu.

S. roeseli a devenit proeminentă în 1906, când zoologul american Herbert Spencer Jennings a descris unele dintre cele mai complexe comportamente raportate vreodată pentru un organism unicelular. Protistul de apă dulce, lung de milimetri, își petrece o mare parte din viață legat de algele în derivă, folosind cili ca părul de pe corp pentru a-și mătura mâncarea în gură.

Jennings s-a încurcat S. roeseli, tulburându-le cu un jet de pipetă de iritant chimic. În loc de comportamente reflexive simple, el a documentat o ierarhie complexă a tacticilor de evitare. Mai întâi, protistul s-ar apleca pentru a evita atacul. Dacă acest lucru nu a reușit, ar respinge iritantul folosind cilii pentru a „scuipa” apă din gură. Când Jennings persista, își va contracta întregul corp pentru a se micșora. Actul său final a fost să scape prin desprinderea de substrat și plutirea departe.

La acea vreme, biologii considerau că celulele individuale sunt capabile doar de comportamente rudimentare, cum ar fi deplasarea către sau îndepărtarea de un anumit stimul. În consecință, munca lui Jennings a atras multă atenție. Dar încercările de a o reproduce au eșuat și, în cele din urmă, observațiile lui au fost respinse.

Dar când Jeremy Gunawardena, un biolog de sisteme la Harvard Medical School din Boston, a aflat despre munca lui Jennings din prelegerea unui coleg, „Am fost surprins și imediat fascinat”, spune el. „A sugerat că celulele individuale pot avea un fel de autonomie pe care nu o luăm în considerare în zilele noastre.” Gunawardena a urmărit unele dintre studiile majore de replicare și a observat un defect major: toți au folosit o specie diferită de Stentor cu un stil de viață mai mobil decât S. roeseli.

Cu specia potrivită în mână, Gunawardena și colegii săi și-au propus să reproducă experimentul vechi de un secol. În loc de substanțe chimice, au împușcat pulsuri de mărgele minuscule de plastic S. roeseli de fiecare dată când celulele păreau să fie într-o stare de repaus și își înregistrau comportamentele.

Peste 57 de experimente, cercetătorii au observat fiecare dintre comportamentele descrise pentru prima dată de Jennings, dar au observat o variabilitate substanțial mai mare decât în ​​experimentul original. Unele dintre celule au repetat aceiași pași sau au sărit peste unii cu totul.

Inițial, cercetătorii au fost nedumeriți. Dar când au analizat comportamentele tuturor S. roeseli folosite în experimente, a apărut o ierarhie. De cele mai multe ori, un iritat S. roeseli Celula se va apleca mai întâi sau va încerca să scuipe mărgelele. Apoi, fie se va contracta, fie se va detașa, dar cercetătorii nu au văzut niciodată o celulă detașându-se fără a se contracta mai întâi.

Aceste rezultate sugerează că S. roeseli poate, într-un fel, să se răzgândească cu privire la modul de a răspunde la un iritant, spun cercetătorii. „Am arătat că o singură celulă este capabilă să ia decizii destul de sofisticate”, spune Gunawardena.

Echipa a fost deosebit de surprinsă să constate că, după ce a contractat o dată, există o șansă de 50-50 ca S. roeseli fie se va contracta din nou, fie se va desprinde. Acesta este un proces de luare a deciziilor care seamănă cu aruncarea unei monede. O astfel de imprevizibilitate ar putea da S. roeseli un avantaj în menținerea prădătorilor pe degete, spune Gunawardena.

Kirsty Wan, un biofizician la Universitatea din Exeter din Anglia, salută reexaminarea lucrării lui Jennings. Este „un început excelent pentru înțelegerea modului în care aceste celule iau decizii”, spune ea. Utilizarea software-ului pentru a desemna anumite stări comportamentale, în loc să se bazeze pe evaluarea subiectivă a unui cercetător, ar putea consolida studiile viitoare, spune ea.

Gunawardena speră că acest studiu îi va împinge pe biologi să se gândească la celule în mod diferit. În loc să fie programat genetic să răspundă uniform la un anumit stimul, el spune că celulele individuale ar putea fi programate cu „mașini care permit celulei să aibă o anumită autonomie în ceea ce privește ceea ce face, în funcție de context”.