Исследователи Центра геномной регуляции (CRG, Барселона) и Гарвардской медицинской школы пришли к выводу о том, что отдельные клетки могут обладать способностью к обучению. До этого была распространена гипотеза, что сложное поведение обучения свойственно только организмам с мозгом и нервной системой.
Используя компьютерное моделирование, исследователи продемонстрировали, как клетки адаптируются к повторяющимся стимулам, предложив идеи, которые могут произвести революцию в лечении заболеваний и дальнейших исследованиях в области вычислительной биологии.
Результаты исследования, опубликованные 19 ноября в журнале Current Biology, бросают вызов устоявшимся предположениям о фундаментальной природе жизни и могут изменить наше понимание поведения клеток.
Исследование изучало привыкание, процесс, при котором организм постепенно перестает реагировать на повторяющийся стимул. Вот почему люди перестают замечать тиканье часов или меньше отвлекаются на мигающий свет. Эта низшая форма обучения была подробно изучена на животных со сложной нервной системой.
Существует ли на клеточном уровне поведение, похожее на обучение, например, привыкание, — вопрос, который по-прежнему вызывает споры. Эксперименты начала 20 века с одноклеточным инфузорией Stentor roeselii впервые пролили свет на поведение, напоминающее обучение, но в то время эти исследования были проигнорированы и отвергнуты. В 1970-х и 1980-х годах признаки привыкания были обнаружены у других инфузорий, и современные эксперименты продолжают добавлять дополнительный вес этой теории.
Ученые использовали передовое компьютерное моделирование для анализа того, как молекулярные сети внутри клеток инфузорий и млекопитающих реагируют на различные модели стимуляции. Они обнаружили четыре сети, которые демонстрируют отличительные признаки привыкания, присутствующие в мозге животных.
Эти сети имели общую черту: каждая молекулярная сеть имела две формы хранения «памяти», которые захватывали информацию, полученную из окружающей среды. Одна память разрушалась гораздо быстрее другой — форма потери памяти, необходимая для привыкания, отметили исследователи. Это открытие предполагает, что отдельные клетки обрабатывают и запоминают информацию в течение разных промежутков времени.
«Эти существа так сильно отличаются от животных с мозгом. Обучение означало бы, что они используют внутренние молекулярные сети, которые каким-то образом выполняют функции, схожие с теми, которые выполняют сети нейронов в мозге. Никто не знает, как они могут это делать, поэтому мы подумали, что это вопрос, который необходимо изучить», — говорит Роза Мартинес, соавтор исследования и научный сотрудник Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне.
Исследование углубляет наше понимание того, как обучение и память работают на самом базовом уровне жизни. Если отдельные клетки могут «помнить», это также может помочь объяснить, как раковые клетки развивают устойчивость к химиотерапии или как бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам — ситуации, когда клетки, по-видимому, «учатся» у своей среды.
Однако прогнозы должны быть подтверждены реальными биологическими данными. Исследование использовало математическое моделирование для изучения концепции обучения в клетках, поскольку оно позволило им быстро протестировать множество различных сценариев, чтобы увидеть, какие из них стоит исследовать дальше в реальных экспериментах.
фото https://scitechdaily.com/brains-not-required-cells-exhibit-surprising-learning-abilities/
