单细胞生物,单细胞用来形容人怎么了

单细胞生物

常见的单细胞动物有：变形虫、眼虫、疟原虫、草履虫等。基本结构如细胞核，细胞膜，核糖体，高尔基体，内质网等细胞器都有。单细胞动物是一个完整的、能营独立生活的、单细胞结构的有机体，整个身体由单个细胞组成。体形一般很微小，需在显微镜下才能看到，经常会聚集成为细胞集落。而且单细胞动物没有神经系统，没有反射，只有“应激性”。

单细胞用来形容人怎么了

曾经，单细胞生命独霸地球。

在大约 30 亿年的时间长河里，一代代单细胞生物只在彼此之间进食、生长和繁殖，在地球上的每个生态位上形成复杂而动态的生态系统。

直到大约 6 亿年前，一些单细胞生物才跨越了多细胞生物的界限。

在今天，单细胞生物是原始和简单的代名词。

然而，一项最新研究表明，这些单细胞生物的能力可能远远超出它们的远亲人类的想象。

哈佛医学院的系统生物学家通过重复一个多世纪前进行的一项实验，现在拿出了令人信服的证据，证明至少一种名为 Stentor roeselii 的单细胞生物，具有复杂多样的行为策略。

研究人员表示，反复暴露在相同的刺激下，机体实际上可以就如何应对 “改变主意”，这表明它们有能力做出相对复杂的决策过程。

研究结果在线发表在 12 月 5 日的《当代生物学》(Current Biology) 上。

“像 S. roeselii 这样的生物在多细胞生物出现之前，就是食物链顶端的食肉动物，它们在许多不同的水生环境中分布极为广泛。

它们必须聪明地弄清楚应该避免什么，在哪里吃，以及生物体为了生存必须做的所有其他事情。

我认为很明显，他们可以用复杂的方法来做到这一点。

”Gunawardena 说。

时隔一个世纪的实验 100 多年前，一位名叫 Herbert Spencer Jennings 的美国著名动物学家描述了一种名叫Stentor roeseli 的单细胞淡水原生生物复杂多样的回避行为。

但是后来相关的实验未能重现他所看到的景象，他的说法便遭到质疑并被搁置一边。

10 年前，在英国生物学家 Dennis Bray 的一次演讲中，Herbert Spencer Jennings 在 1906 年发表的著作《低等生物的行为》中有一个特别的实验引起了 Gunawardena 的注意。

Jennings 当时正在研究广泛分布的淡水原生生物 S. roeselii。

这些单细胞生物以其相对较大的体积和独特的喇叭状身体而著称。

在这种生物的表面和喇叭 “钟” 上布满了被称为纤毛的毛发状突起，能够用来游动，并在周围的液体中产生漩涡，把食物扫进它们的“嘴里”。

在它们身体的另一端，它们藏匿着一个抓握器，这个抓握器把它们与周围固定在一起，使它们在进食时保持静止。

Jennings 观察到一系列有序的行为，通常情况下，S. roeselii 会反复弯曲身体以避免粉末，如果刺激持续，它会逆转纤毛的运动，用嘴巴将这些粉末驱逐。

如果这个方法也失败了，它就会收缩，迅速地把自己拉紧，像一些无脊椎动物缩回壳里一样。

最后，如果之前所有的努力都失败了，S. roeselii 就会挣脱束缚，快速游走。

这些行为构成了一个有序的策略，单细胞生物根据优先级不断改变应对方式。

这一观察结果表明，这种单核细胞生物，具有一些已知的最复杂的行为。

这个实验引起了广泛的兴趣，但随后的重复试验，尤其是 1967 年发表的一项研究，都没有成功。

这也导致 Jennings 的发现在很大程度上遭到现代科学的质疑和遗忘。

大获成功的 “兼职” 项目 就像原本生活在一个完全适宜居住的水坑里的生物一样，突然出现的粉末刺激让 Gunawardena 感到不太舒服，于是他决定追踪 1967 年的那项研究。

结果令他惊讶的是，他发现那些后来重复 Jennings 实验的研究者，由于无法找到 S. roeselii，便使用了另一种不同的物种 Stentor couleus，而这种单细胞生物它更喜欢四处漂浮，而不是主动吸附食物。

Gunawardena 认为，他们没能重现实验结果也就不足为奇了。

于是，他试图准确地复制 Jennings 当年的实验。

但作为管理着一所专注于分子信息处理医学实验室的数学家，他发现很难说服身边人。

“我一直在我的实验室小组会议上提出这个想法，说它告诉我们一些关于单细胞的能力。

我们不再以这种方式思考细胞是如何工作的，不出所料，没有人感兴趣。

这是古老的历史，这是描述性的生物学，所有这些年轻、聪明的学生都不愿接触的东西。

”Gunawardena 说。

大约八年前，一名本科实习生 Joseph Dexter 也被这个想法所吸引，后来他成为 Gunawardena 的博士生，现在是英国达特茅斯大学 Neukom 计算科学研究所的研究员。

Gunawardena 的坚持，最终让 Dexter 的同事、现为英国剑桥大学研究组组长的 Sudhakaran Prabakaran 对这一发现也产生了兴趣。

由于无法抑制的好奇心和历史感，在没有正式资助的情况下，他们三人开始了一个历时数年的副业项目。

Dexter 和 Prabakaran 设计并进行了实验，他们的第一个挑战是找到 S. roeselii。

他们到处寻找，甚至跑到当地的池塘里搜寻。

最终，他们在英国找到了一家供应商，这家供应商从一个高尔夫球场的池塘采购生物，然后把它们运到大西洋对岸。

研究小组建立了一个实验装置，装备了视频显微镜和微定位系统，以准确地传送刺激物到 S. roeselii 的 “嘴巴” 附近。

他们最初使用胭脂红粉，但几乎没有反应，经过反复试验，发现微型塑料珠是有效的。

令他们高兴的是，这三人成功地再现了 Jennings 百年前曾经描述过的所有行为。

但是，他们并没有看到 Jennings 所记录的熟练有序的行为层次。

相反，这些实验对象之间似乎存在着相当大的差异，一个样本在收缩前可能会弯曲和改变其纤毛，另一个样本可能只会反复收缩，而另一个则会交替弯曲和收缩。

为了进一步探究现象背后的原因，这三个人依靠他们作为定量生物学家的核心专业知识，开发了一种方法，将他们看到的不同行为编码成一系列符号，然后使用统计分析来寻找规律。

肉眼观察的失败，却意外通过这三个人的数学知识获得了发现，分析显示，这些单细胞生物确实存在一个行为递进策略。

当面对刺激物时，S. roeselii 通常会同时弯曲和改变它的纤毛。

如果刺激持续，它就会收缩或挣脱，然后游走。

后一种行为几乎总是发生在前一种行为之后，而且这些生物在没有首先收缩的情况下从不挣脱，这表明了存在一种优先级的行为顺序。

S. roeselii 没有大脑，但似乎有某种机制，实际上，一旦感觉刺激持续太久就会让它‘改变主意’。

”Gunawardena 说，“这种层次结构给人一种形象的感觉，让人感觉这个单细胞生物内部正在进行某种相对复杂的决策计算，权衡执行一种行为与执行另一种行为哪个更好。

”新的发现 通过成功地重复 Jennings 的实验，并对 S. roeselii 的行为能力进行新的定量观察，研究小组希望它已经解决了历史上关于 Jennings 发现的准确性的困惑。

但现在的结果引发了许多新的问题。

分析表明，对于一个个体 S. roeselii 来说选择收缩或分离，几乎有一个完全相等的概率。

对于研究细胞如何在分子水平上处理信息的科学家来说，这是一条特别诱人的线索。

研究人员表示，这两种行为之间的决定是一致的，每个生物体独立地抛一枚无偏的硬币，而不考虑之前的行为。

“某种程度上，是基于它的决定，在分子水平上基于公平的抛硬币，我想不出任何已知的机制可以让他们实现这一点。

这是令人难以置信的迷人之处，Jennings 从未观察到过，是因为需要定量测量来揭示它。

”Gunawardena 说。

观察到单个细胞能够做出复杂的行为，同样对于生物学的其他领域具有重要价值。

“但是存在于一个非常复杂的生态系统中的细胞，它们在某种程度上彼此交流和协商，对信号做出反应并做出决定。

”Gunawardena 认为，这个实验迫使我们去思考，某种形式的细胞 “认知” 的存在，在这种认知中，单个细胞能够处理复杂的信息并做出相应的决策。

所有生命都有相同的基础，最新研究结果至少为我们提供了一个证据，说明为什么我们应该拓宽视野，把这种思维纳入现代生物学研究。

我认为这就是这项研究如此有趣的原因。

”Gunawardena 说。