Ученые: инфузория может принимать сложные решения

Хотя одноклеточные организмы обычно ассоциируются у нас с примитивным поведением, на самом деле это впечатление может оказаться обманчивым. Ученые размышляют об этом довольно давно. 

В 1906 году зоолог Герберт Спенсер Дженнингс сообщил о замечательном открытии. Он обнаружил «разумное» поведение у пресноводного протиста, относящегося к классу инфузорий – одноклеточного Stentor roeseli.

Дженнингс утверждал, что эта инфузория (главная ее примета в том, что она похожа на духовую трубу) обладает своеобразной памятью и может принимать сложные решения. Несмотря на отсутствие нервной системы, организм был способен разным образом реагировать на раздражители в соответствии с определенным порядком поведения. 

Это было и остается одним из самых сложных поведенческих паттернов, когда-либо зарегистрированных у одноклеточного организма. Проблема состояла лишь в том, что никто не мог повторить результаты опытов Дженнингса. В конечном итоге ученые отбросили идею о том, что одноклеточное может принимать сложные решения, а теории Дженнингса стали считаться опровергнутыми. Но спустя десятилетия выяснилось, что ученый, возможно, был прав с самого начала.

Познакомившись с работами Дженнингса и его критиков, Джереми Гунавардена (Jeremy Gunawardena), математик и биолог из Гарварда, сразу же заметил, что повторные эксперименты проводились на другом виде инфузорий – Stentor coeruleus. Разница между этими видами состоит в способе добывать пищу. Исследуемые Дженнингсом S. roeseli прикрепляются к субстрату, благодаря которому они питаются и развиваются, а S. Coeruleus – нет.

Раздобыв колонию S. roeseli, Гунавардена и его коллеги приступили к опытам. Дженнингс в экспериментах столетней давности пытался накормить инфузорий частицами кармина, едкого красителя. В ответ те проявляли разные варианты поведения, стараясь избежать неприятного порошка.  Ученый заключил, что одноклеточные могут решать, как им поступить, в зависимости от конкретной ситуации. 

Гунавардена заменил кармин на пластиковые микрочастицы, которые более негативно влияли на S. roeseli, чем краситель, и повторил опыты Дженнингса, изучая поведение инфузорий с помощью видеомикроскопии и статистического анализа. Исследование опубликовано в журнале «Current Biology».

Эксперименты полностью подтвердили выводы ученого – протисты поступали разным образом в случаях, когда им не нравилась питательная среда. В таком случае S. roeseli сперва изгибались, стараясь избежать встречи с неприятным для них объектом, или начинали вращать ресничками, которые транспортируют пищу внутрь, в обратном направлении, словно пытаясь оттолкнуть ее от себя. Если и эта попытка проваливалась, одноклеточные меняли вытянутое положение тела, максимально сжимаясь, либо вовсе откреплялись от субстрата, где они кормились, и уплывали прочь. 

Таким образом, инфузории проявили способность к обработке информации и принятию решений, что привело к довольно четкому предпочтительному порядку разных действий, когда их не устраивали окружающие условия: ученые назвали это иерархией поведения при избегании (a hierarchy of avoidance behaviors).

«Меня больше всего завораживает тот факт, что одна-единственная клетка оказалась более сложно устроенной и самостоятельной, чем мы думали», – Джереми Гунавардена.

Такое переключение между поведенческими режимами предполагает уровень принятия сложных решений, обычно свойственный организмам с нервной системой.

Ученые отмечают, что в S. roeseli будто встроен своеобразный генератор случайных чисел, поскольку инфузории демонстрировали разное поведение в ответ на раздражители с равной вероятностью (примерно если бы они решали, как поступить, подбрасывая монетку). Ученые пока не могут объяснить механизм такого принятия решений у этих одноклеточных.