Иван Павлов вошёл в историю, показав, что собаки могут связывать нейтральный сигнал (звонок) с едой и выделять слюну до того, как пища появится. С тех пор ассоциативное обучение считалось прерогативой животных с нервной системой. Одноклеточные на такое неспособны — думали учёные. Команда под руководством Сэма Гершмана из Гарварда решила проверить это предположение. Объектом выбрали инфузорию Stentor coeruleus — трубкообразное существо длиной около миллиметра, живущее в пресной воде. Она крепится к поверхности «якорем», а ресничками создаёт ток воды, загоняя пищу в ротовой аппарат.
При опасности инфузория сжимается в плотный шарик. Специальные волокна-мионемы мгновенно укорачиваются, ротовой аппарат втягивается, фильтрация прекращается. Это защитный рефлекс, но он требует энергии. Каждое неоправданное сокращение — трата впустую. В первой серии экспериментов учёные били по дну чашки Петри каждые 45 секунд. Сначала большинство инфузорий сжимались. Но после 60 повторений реакция ослабла — клетки привыкли к безобидному раздражителю.
Затем эксперимент усложнили. Слабым ударом предваряли сильный (через секунду). Пары повторяли каждые 45 секунд. Учёные следили, сколько клеток начнут сжиматься уже на слабый удар — в предвкушении сильного. Первые 10 попыток показали резкий рост реакций. Stentor словно поняли: если раздался слабый стук, через секунду будет настоящая встряска. Но потом число сжатий снова снизилось — инфузории привыкли и к этой связке.
Ключевой контроль: слабый удар подавали без последующего сильного. Реакции практически не было. Это доказывает, что в основной части эксперимента клетки реагировали именно как на предвестник, а не на сам удар. Они связали два события. Интервал между сигналами тоже влиял. Слишком большой — связь забывалась, слишком частый — клетки не успевали восстановиться. Как в любом обучении.
Открытие ставит вопросы о природе памяти. Если у одноклеточного нет нейронов, где хранится ассоциация? Гершман предполагает, что в мембране есть рецепторы, реагирующие на прикосновение. При повторении сигналов часть из них превращается в «молекулярные переключатели», блокирующие тревогу, если система «решит», что опасность ложная. Ассоциативное обучение оказалось гораздо древнее, чем считалось. Оно могло возникнуть задолго до появления первых многоклеточных. Более того, возможно, те же молекулярные механизмы до сих пор работают в наших нейронах, позволяя им учиться на входящих сигналах на клеточном уровне — без изменения связей.
Исследование опубликовано на сервере препринтов bioRxiv. Если выводы подтвердятся, биологам придётся переписывать учебники. А нейробиологам — искать следы инфузорий в собственной голове.
