كائن وحيد الخلية بدون دماغ قادر على التعلم البافلوفي

يبدو أن الكائن الحي البسيط أحادي الخلية الذي لا يحتوي على دماغ أو خلايا عصبية قادر على تقديم شكل متقدم من التعلم.

إن أبسط أشكال التعلم، والمعروف باسم التعود، هو تقليل مدى استجابتك لمحفز متكرر وغير ضار، مثل الرائحة أو الضوضاء. وهذا أمر شائع في جميع الحيوانات، وقد شوهد حتى في النباتات. وقد ثبت أيضًا ذلك في بعض الطلائعيات، التي تحتوي على خلايا حقيقية النواة معقدة مثل الحيوانات والنباتات البرية والفطريات، ولكنها بشكل عام كائنات وحيدة الخلية، بما في ذلك الكائنات ذات الشكل البوق. ستينتور الأزرق والعفن الوحل فيزاروم بوليسيفالوم.

الأمر الأكثر صعوبة هو تعلم كيفية ربط أنواع مختلفة من المحفزات أو الأحداث، والتنبؤ بأن أحدهما مرتبط بآخر. تم توضيح هذا التعلم الترابطي بشكل مشهور عندما قام إيفان بافلوف بربط صوت الجرس بإعطاء الطعام للكلاب، مما أدى إلى سيلان لعاب الحيوانات عندما سمعت رنين الجرس.

الآن، استخدم سام غيرشمان من جامعة هارفارد وزملاؤه تجارب تكييف مماثلة لإظهار ذلك ستنتور يبدو قادرًا على التعلم الترابطي أيضًا.

تعيش هذه الكائنات المدهشة في البرك وتسبح باستخدام خطوط من الأهداب الشبيهة بالشعر تتدلى على جوانبها. يصل طولها إلى 2 ملم، وهي كائنات عملاقة بين الكائنات وحيدة الخلية. في أحد طرفيها، لديهم مرساة تسمى المثبت لتثبيتها على السطح، بينما في الطرف الآخر يوجد جهاز تغذية يشبه البوق.

يقول غيرشمان: “عندما تكون ملتصقة، فإنها تقوم فقط بتصفية الغذاء. وإذا شعرت بالانزعاج، فسوف تنكمش بسرعة لتشكل كرة. وخلال ذلك الوقت، لا تستطيع أن تتغذى، لذلك من المفيد بيئيًا ألا تستجيب بهذه الطريقة في كثير من الأحيان إلا إذا اضطرت إلى ذلك”.

استخدم هو وزملاؤه هذا السلوك للتحقيق في مدى ذلك ستنتور يمكن أن تتعلم. أولاً، قاموا بالنقر بقوة على قاع أطباق بيتري التي تحتوي على ثقافات تبلغ بضع عشرات ستنتور الخلايا. ردًا على ذلك، انقبضت معظم الكائنات الحية بسرعة في البداية، ولكن مع استمرار النقر كل 45 ثانية، بإجمالي 60 صوتًا، قل عدد الضربات بشكل متزايد. ستنتور تعاقدت، مما يدل على أنهم قد اعتادوا على الإشارة.

التالي، ستنتور شعرت الثقافات بنقرة ضعيفة – استجابةً لها يتقلص عدد أقل من الكائنات الحية بشكل عام – قبل ثانية واحدة من النقر القوي. يتم تكرار أزواج النقرات كل 45 ثانية، وهو ما يعادل المدة التي يستغرقها الأمر ستنتور لتتفتح مرة أخرى.

على مدى 10 تجارب لهذه العملية، زادت فرصة تقلص الكائنات الحية مباشرة بعد الصنبور الضعيف ثم انخفضت. يقول غيرشمان: “لقد رأينا هذا النتوء في الرسم البياني حيث يرتفع معدل الانكماش في البداية قبل أن ينخفض. إذا عرضت الصنبور الضعيف بمفرده، فلن ترى ذلك”.

ويقول الباحثون هذا يعني ستنتور ربط الصنبور الضعيف بالصنبور الأكبر، مما جعله أول طلائعي معروف بقدرته على إتقان التعلم الترابطي. يقول غيرشمان: “إن هذا يثير التساؤل حول ما إذا كانت الكائنات الحية البسيطة ظاهريًا قادرة على جوانب الإدراك التي نربطها عمومًا بالكائنات الأكثر تعقيدًا ومتعددة الخلايا ذات الأدمغة”.

كما يشير أيضًا إلى أصل تطوري قديم للتعلم الترابطي يعود إلى مئات الملايين من السنين قبل ظهور الأجهزة العصبية متعددة الخلايا، كما يقول. وربما لا تزال هناك آثار أخرى لهذا في الطريقة التي تبدو بها خلايانا العصبية قادرة على التعلم من مدخلاتها بطريقة لا تعتمد على تعديل المشابك العصبية أو الاتصالات بين الخلايا العصبية – وهي الطريقة التي يُعتقد أن معظم التعلم يعمل بها، كما يقول.

يقول شاشانك شيكار من جامعة إيموري في أتلانتا، جورجيا، والذي أظهر ذلك: “من المذهل أن خلية واحدة يمكنها القيام بأشياء معقدة مثل تلك التي اعتقدنا أنها تتطلب دماغًا، وتتطلب خلايا عصبية، وتتطلب تعلمًا سلوكيًا”. ستينتويمكن تجميعها في مجموعات قصيرة العمر للتغذية بشكل أكثر كفاءة.

ويعتقد أن الكائنات وحيدة الخلية الأخرى قد تكون أيضًا قادرة على التعلم الترابطي. يقول: “شعوري الغريزي هو أنه إذا كان هناك مرة واحدة، فإنه سيكون هناك أكثر من ذلك”.

إذا كان الكائن الحي يتعلم، فهذا يعني أنه يجب أن يقوم بطريقة أو بأخرى بتخزين الذاكرة. كيف يحدث هذا في ستنتور لم يُعرف بعد، لكن غيرشمان يشتبه في أنها تتضمن مستقبلات تستجيب للمس عن طريق السماح بتدفق الكالسيوم إلى داخل الخلية، مما يؤدي إلى تغيير الجهد الكهربي بالداخل وقيادة ستنتور للتعاقد. ويشير إلى أنه بعد المحفزات المتكررة، يتم تعديل بعض المستقبلات بطريقة ما، لتكون بمثابة مفتاح جزيئي لوقف الانكماش.