立場新聞 Stand News

證 110 年前單細胞生物有循序反應機制說法 專家強調:非有複雜智能行為

2019/12/6 — 16:08

1906 年,美國動物學家 Herbert Spencer Jennings 宣佈有重大發現,指自己在一種水生單細胞生物中發現智能行為,該種生物的名字是玫瑰喇叭蟲 (Stentor roeseli) 。

據 Jennings 說法,當在顯微鏡下觀察並被刺激時,這種透明外貌似喇叭的單細胞生物就算無神經系統仍能「作出複雜決定」,且可根據刺激程度而有不同反應。

至今玫瑰喇叭蟲是唯一一種被聲稱有複雜行為的單細胞生物,但後來都無人成功複製到 Jennings 的發現,多年來玫瑰喇叭蟲有「思想」都視為傳說。不過,最新刊於 Current Biology 的研究顯示 Jennings 的說法可能是正確。

廣告

領導研究的哈佛醫學院系統生物學家 Jeremy Gunawardena 指,我們通常認為應對不同刺激的反應是種自主性認知行為,而這種行為是在有神經系統的多細胞生物中出現,但研究顯示單細胞生物也具有這種能力。

玫瑰喇叭蟲所屬的纖毛蟲門 (Ciliophora) ,一直是一吸引生物學家研究的複雜原生生物 (Protozoa) ,因為牠們已曾顯示對某些刺激物會作出迴避反應,可在碰到牆壁時轉身離開,又或感應到水中有獵食者會更快游走逃離。

廣告

在其他原生動物只顯示出簡單生存行為如獵食、游動與繁殖,以演化角度而言,玫瑰喇叭蟲卻比其他近親走得更前。例如,其他喇叭蟲 (Stentor) 被反復觸摸時,細胞收縮的可能性就會越來越小,類似反應稱為「習慣化 (habituation) 」,是種非聯想性學習,但 Jennings 在玫瑰喇叭蟲上的發現卻與此不同。

當年 Jennings 發現,有化學物質刺激玫瑰喇叭蟲時,細胞會扭動和彎曲,將其「口部」移離刺激物。刺激持續的話,細胞會使用其纖毛,防止任何外來物靠近其口部;仍不成功驅除刺激物,玫瑰喇叭蟲會收縮。如所有步驟都不能改善情況,通常無法移動的玫瑰喇叭蟲會完全脫離其寄附的地基。因此, Jennings 懷疑這些不同步驟需要不同程度的認知。

Credit: Dexter, J.P. & et al. (2019).

Credit: Dexter, J.P. & et al. (2019).

過去其他學者只以玫瑰喇叭蟲以外的纖毛蟲嘗試複製 Jennings 的發現,但是次研究則再將玫瑰喇叭蟲放到顯微鏡下觀察數月。

團隊在培養液中加入玫瑰喇叭蟲後,會透過一系列脈衝傳遞化學刺激物至該單細胞生物,同時記錄其對每次刺後的反應。

經 60 次測試後,團隊發現到 Jennings 當年描述的情況,玫瑰喇叭蟲的行為明顯有異於習慣化和條件化。團隊認為,不同等級的行為源自一組順序決定。當反復受到類似刺激時,玫瑰喇叭蟲會「改變主意」作出更進一步的保護行為,而這些循序的行為則被人類觀察到。

無參與研究的系統生物學家 Scott Coyle 同意,研究結果表明玫瑰喇叭蟲存在某種行為等級制度,但認為將發現擬人化並不合適。對他而言,弄清玫瑰喇叭蟲的分子系統如何編碼這種行為等級來得更為實際與重要。

來源:
Science Alert, This Single-Celled Animal Makes Complex 'Decisions' Even Without a Nervous System, 5 December 2019

報告:
Dexter, J.P., Prabakaran, S. & Gunawardena, J. (2019). A Complex Hierarchy of Avoidance Behaviors in a Single-Cell Eukaryote. Current Biology published 5 December 2019. doi: 10.1016/j.cub.2019.10.059

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

發表意見