Одноклеточный организм оказался способен осмысленно реагировать на угрозы

Stentor roeseli, одноклеточный организм, известный как протист, использует свои похожие на волосы реснички, чтобы питаться, будучи прикрепленным к плавающим водорослям. Новое исследование показывает, что оно способно к сложному уклончивому поведению при раздражении.

Быть одноклеточным не обязательно обрекает существо на простую жизнь. Свежий взгляд на давно забытый эксперимент показывает, что так называемые примитивные организмы могут вести себя удивительно сложными способами.

Stentor roeseli, крошечный протист в форме трубы, может увернуться, пригнуться или убежать в ответ на раздражающий стимул, изменяя свое поведение при сбое одной из стратегий. К такому выводу пришли ученые, проводившие эксперимент. Исследование показало, что одноклеточные, вместо того, чтобы действовать заранее запрограммированным способом, могут реагировать по-разному и «передумать» на основе полученного опыта.

Stentor roeseli приобрел известность в 1906 году, когда американский зоолог Герберт Спенсер Дженнингс описал некоторые из самых сложных поведений, когда-либо наблюдавшихся у одноклеточных организмов. Пресноводный протист длиной в миллиметр проводит большую часть своей жизни, привязавшись к дрейфующим водорослям, используя волосоподобные реснички на своем теле, чтобы доставить пищу в рот.

Дженнингс экспериментировал с Stentor roeseli, мешая им пипеткой с потоком химического раздражителя. Вместо простого рефлексивного поведения он задокументировал сложную иерархию тактики избегания. Во-первых, протист наклонился, чтобы избежать нападения. Если это не удавалось, то он отражал раздражение, используя свои реснички, чтобы «выплевывать» воду. Когда Дженнингс настаивал, все его тело сокращалось. Заключительной реакцией был побег, когда протист отделялся от основания и уплывал.

В то время биологи считали, что отдельные клетки способны только к рудиментарному поведению, такому как движение в направлении или от какого-то стимула. Поэтому работа Дженнингса привлекла большое внимание. Но попытки воспроизвести его опыты не увенчались успехом и в итоге его наблюдения научным сообществом были отклонены.

Недавно биолог из Гарвардской медицинской школы Джереми Гунавардена решил повторить опыт своего коллеги. Он отследил некоторые из основных исследований репликации и заметил серьезный недостаток: все они использовали разные виды стенторов с более подвижным образом жизни, чем Stentor roeseli.

Поэтому, подобрав нужный вид, Гунавардена и его коллеги попробовали воспроизвести эксперимент. Вместо химикатов они стреляли крошечными пластиковыми шариками в Stentor roeseli каждый раз, когда клетки находились в состоянии покоя,  записывая их поведение.

За 57 экспериментов исследователи наблюдали каждое из поведений, впервые описанных Дженнингсом, но отметили значительно большую изменчивость, чем в первоначальном эксперименте. Некоторые из одноклеточных повторяли одни и те же шаги или пропускали некоторые вообще.

Первоначально исследователи были озадачены. Но когда они проанализировали поведение всех протистов, использованных в экспериментах, возникла некоторая последовательность. Чаще всего раздраженная клетка сначала сгибается или пытается выплюнуть шарики. Затем она будет либо сокращаться, либо отделяться, но исследователи никогда не видели, как клетка отделялась без другого предварительного действия.

Эти результаты, как отмечают исследователи, показывают, что Stentor roeseli может в некотором смысле изменить свое мнение о том, как реагировать на раздражитель. Это процесс принятия решений, который похож на подбрасывание монеты. Ганавардена говорит, что такая непредсказуемость может дать преимущество при появлении угрозы.

Гунавардена надеется, что это исследование подтолкнет биологов к разным взглядам на клетки. Вместо того, чтобы быть генетически запрограммированным, чтобы реагировать равномерно на некоторый стимул, он говорит, что отдельные клетки могут быть запрограммированы «механизмом, который позволяет клетке иметь некоторую автономию относительно того, что она делает в зависимости от контекста».