Биологи выяснили, как обучаются одноклеточные

Cоединение венозных сетей двух особей вида P. polycephalum.

Иллюстрация David Villa / CNRS Phototheque.

Биологи изучили и описали весьма любопытный механизм, который позволяет одноклеточному организму вида Physarum polycephalum усваивать новый опыт (несмотря на то, что у него, что естественно, нет нервной системы).

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences исследователями из Университета Тулузы.

P. polycephalum относится к простейшим, а именно к слизевикам. Существо, состоящее из одной клетки, разумеется, не может иметь нейронов и никакого подобия мозга.

Тем не менее в 2016 году биологи выяснили, что этот слизевик демонстрирует простейшую форму обучения, а именно привыкание. Она проявляется в том, что организм перестаёт реагировать на повторяющийся сигнал. Поясним, что, не имея этой способности, люди, например, не могли бы уснуть в комнате с тикающими часами.

P. polycephalum, конечно, привыкал не к тиканию, а к наличию в окружающей среде поваренной соли (хлорида натрия). Соль в используемой концентрации была для него безвредна, но непривычна, и поэтому первоначально он стремился избежать контакта с солёной средой (защитная реакция, выработанная в ходе естественного отбора). Однако спустя некоторое время слизевик привыкал к "солёненькому" и больше не бежал в нейтральную среду.

Но биологов удивило даже не это, а то, что слизевик может делиться "собранной" информацией со своими собратьями.

Как ему это удаётся? Вариантов в общем-то немного. Известен лишь один путь передачи и обработки информации в одноклеточных организмах: химический (у многоклеточных он, к слову, тоже не утратил своего значения).

Соответственно, естественно было бы предположить, что простейшие перестают реагировать на соль, когда в их внутренней среде накапливается какое-то вещество. Этой же субстанцией они обмениваются, делясь таким образом полученной информацией.

В пользу химического пути передачи сигнала говорит важное обстоятельство: "новичок" перенимает у "ветерана" умение не бояться соли только тогда, когда соединяются их венозные сети (своеобразные внутриклеточные "кровеносные сосуды", по которым циркулируют различные вещества).

Но какое именно соединение выступает в роли носителя информации? Исследователи предположили, что это сама соль. То есть P. polycephalum не избегает соли, когда она постоянно присутствует в его организме. Объяснение проще некуда, но в самый раз для простейших.

Чтобы проверить эту гипотезу, биологи подвергли слизевики воздействию солёной среды на протяжении шести дней. Затем они убедились, что "подопытные" привыкли к ней. После этого учёные измерили концентрацию соли в клетках слизевиков. Она оказалась в десять раз больше, чем до "обучения".

После этого экспериментаторы поместили "опытных" P. polycephalum в нейтральную среду. Те в течение двух суток выделяли соль. Когда концентрация хлорида натрия в одноклеточных вернулась к нормальному уровню, они потеряли воспоминания о том, что соль не опасна, и снова принялись избегать её.

Тогда учёные взяли "наивных" слизевиков, никогда не контактировавших с солью, и ввели её раствор прямо в их внутриклеточную среду. Через два часа эти P. polycephalum стали вести себя так же, как и прошедшие шестидневное "обучение" (и ещё не пережившие "реабилитацию" в нейтральной среде).

Таким образом, эксперимент показал, что привыкание к соли действительно обеспечивает сама соль, скопившаяся внутри клетки.

Тогда биологи задались вопросом, сохраняется ли память о воздействии соли, когда слизевики впадают в "спячку" из-за неблагоприятных внешних условий (эта способность есть у многих одноклеточных). Чтобы проверить свои догадки, авторы заставили "уснуть" слизевиков, "съевших вместе пуд соли". "Разбуженные" через месяц, они всё ещё демонстрировали память о том, что соль безопасна.

Теперь авторы надеются выяснить, к какой предельной концентрации соли могут привыкнуть эти простейшие, а также умеют ли они запоминать несколько вещей одновременно (ранее было показано, что слизевики также избегают хинина и кофе).

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что скопления P. polycephalum можно использовать в качестве элементов компьютерной памяти, и о том, как учёные выразили "эмоции" слизевика с помощью робота. Также мы рассказывали о "пересадке воспоминаний" с помощью РНК и о новом механизме памяти у бактерий.