Сидячая инфузория вновь повела себя сложно в отсутствие мозга

Американские ученые подтвердили, что сидячие инфузории несколькими способами реагируют на внешние раздражители. Конкретный комплекс движений применяется в зависимости от ситуации, сообщается в Current Biology. Долгое время одноклеточным отказывали в способности иметь столь сложное поведение, так как нервной системы, которая должна обеспечивать различные двигательные реакции, у них нет.
Инфузории — одни из самых сложно устроенных одноклеточных эукариот (организмов, чьи клетки имеют ядра). У них множество специализированных органоидов, которые по функциям аналогичны органам многоклеточных. Большинство инфузорий активно двигается с помощью ресничек, и даже прикрепленные формы способны перемещаться: сжимать и разжимать «ножку», которой держатся за субстрат, либо вообще отделяться от него и переплывать на другое место.

Множество движений, которые совершают инфузории, хочется классифицировать и по возможности связать их с внешними событиями, запустившими эти движения. Такую работу в 1906 году проделал американский зоолог Герберт Спенсер Дженнингс (Herbert Spencer Jennings) со Stentor roeseli — крупной сидячей инфузорией (этот род еще называют трубачами). Дженнингс направлял на прикрепленное одноклеточное поток частиц порошка кармина и смотрел, как одноклеточное пытается избежать встречи с этим неприятным стимулом: наклоняется в противоположную от потока сторону, меняет направление вращения ресничек, чтобы случайно не захватить внутрь клеточного рта порошок, сжимается или вообще отделяется от субстрата и уплывает.

Однако более поздние эксперименты в 1960-х не подтвердили наблюдения Дженнингса и инфузориям снова отказали в наличии сложных форм поведения. Зоологи пытались воспроизвести опыты на другом виде инфузории — Stentor coeruleus. Этот трубач по способу ловли добычи несколько отличается от Stentor roeseli, поэтому уже в наши дни на это обратили внимание исследователи из Дартмутского колледжа во главе с Джереми Гунаварденой (Jeremy Gunawardena). В новом исследовании они решили экспериментировать именно со S. roeseli, так как его реакции и реакции S. coeruleus, скорее всего, не совпадают.
Дартмутские биологи помещали в каплю воды, где находились стенторы, стеклянную микропипетку, через которую выдували полистироловые бусины с покрытием из азида натрия (NaN3). (Кармин также пытались использовать, но на него никакие инфузории практически не реагировали.) Реакции инфузорий записывали на видео. Стимуляцию для каждой инфузории повторяли неоднократно, и новый выброс бусин производили только тогда, когда стентор возвращался в состояние покоя. Эксперименты вели на протяжении нескольких месяцев.

Гунавардена и коллеги обнаружили у Stentor roeseli те же четыре реакции в ответ на поток неприятных инфузории частиц, что и Дженнингс. Авторы допускают, что для стентора «обстрел» кармином и «обстрел» бусинами с азидом натрия не одно и то же, но если и так, получается, что у одноклеточного есть общая стратегия реагирования на однотипную — пусть и разную — стимуляцию. Важно, что комплексы движений чаще всего шли в некоторой иерархической последовательности: трубачи редко сразу отделялись от субстрата, но пытались сначала увернуться от потока бусин или сжаться. Опять же, за сжатием не шло изменение направления движения ресничек: оно предваряло попытку инфузории уменьшиться.

ЗоологияБиология 17:05 06 Дек. 2019 Сложность 3.2
Сидячая инфузория вновь повела себя сложно в отсутствие мозга

Stentor roeseli

Proyecto Agua / Flickr

Американские ученые подтвердили, что сидячие инфузории несколькими способами реагируют на внешние раздражители. Конкретный комплекс движений применяется в зависимости от ситуации, сообщается в Current Biology. Долгое время одноклеточным отказывали в способности иметь столь сложное поведение, так как нервной системы, которая должна обеспечивать различные двигательные реакции, у них нет.
Инфузории — одни из самых сложно устроенных одноклеточных эукариот (организмов, чьи клетки имеют ядра). У них множество специализированных органоидов, которые по функциям аналогичны органам многоклеточных. Большинство инфузорий активно двигается с помощью ресничек, и даже прикрепленные формы способны перемещаться: сжимать и разжимать «ножку», которой держатся за субстрат, либо вообще отделяться от него и переплывать на другое место.

Множество движений, которые совершают инфузории, хочется классифицировать и по возможности связать их с внешними событиями, запустившими эти движения. Такую работу в 1906 году проделал американский зоолог Герберт Спенсер Дженнингс (Herbert Spencer Jennings) со Stentor roeseli — крупной сидячей инфузорией (этот род еще называют трубачами). Дженнингс направлял на прикрепленное одноклеточное поток частиц порошка кармина и смотрел, как одноклеточное пытается избежать встречи с этим неприятным стимулом: наклоняется в противоположную от потока сторону, меняет направление вращения ресничек, чтобы случайно не захватить внутрь клеточного рта порошок, сжимается или вообще отделяется от субстрата и уплывает.

Систематическое положение Stentor roeseli (A), его строение (B) и двигательные реакции, как описал их Дженнингс (C)

Joseph P. Dexter, Sudhakaran Prabakaran, Jeremy Gunawardena / Current Biology, 2019

Поделиться

Однако более поздние эксперименты в 1960-х не подтвердили наблюдения Дженнингса и инфузориям снова отказали в наличии сложных форм поведения. Зоологи пытались воспроизвести опыты на другом виде инфузории — Stentor coeruleus. Этот трубач по способу ловли добычи несколько отличается от Stentor roeseli, поэтому уже в наши дни на это обратили внимание исследователи из Дартмутского колледжа во главе с Джереми Гунаварденой (Jeremy Gunawardena). В новом исследовании они решили экспериментировать именно со S. roeseli, так как его реакции и реакции S. coeruleus, скорее всего, не совпадают.
Дартмутские биологи помещали в каплю воды, где находились стенторы, стеклянную микропипетку, через которую выдували полистироловые бусины с покрытием из азида натрия (NaN3). (Кармин также пытались использовать, но на него никакие инфузории практически не реагировали.) Реакции инфузорий записывали на видео. Стимуляцию для каждой инфузории повторяли неоднократно, и новый выброс бусин производили только тогда, когда стентор возвращался в состояние покоя. Эксперименты вели на протяжении нескольких месяцев.

Гунавардена и коллеги обнаружили у Stentor roeseli те же четыре реакции в ответ на поток неприятных инфузории частиц, что и Дженнингс. Авторы допускают, что для стентора «обстрел» кармином и «обстрел» бусинами с азидом натрия не одно и то же, но если и так, получается, что у одноклеточного есть общая стратегия реагирования на однотипную — пусть и разную — стимуляцию. Важно, что комплексы движений чаще всего шли в некоторой иерархической последовательности: трубачи редко сразу отделялись от субстрата, но пытались сначала увернуться от потока бусин или сжаться. Опять же, за сжатием не шло изменение направления движения ресничек: оно предваряло попытку инфузории уменьшиться.

Как стентор выбирал, какое действие произвести, пока непонятно, но авторы считают, что эта инфузория обладает какой-то системой принятия решений. Они даже рассмотрели вариант, что реакции одноклеточных подобны ответам «Умного Ганса» — лошади, которая якобы верно решала арифметические и другие задачи, а на самом деле воспринимала подсказки хозяина, невидимые для самого человека. Подача бусин была автоматической: ученые только наблюдали, когда инфузория вернется в состояние покоя. Насколько известно, у одноклеточных нет структур, которые позволили бы следить за действиями человека и определять их значение. Поэтому вряд ли в данном случае эффект «Умного Ганса» имел место.

Получается, что эксперименты Дженнингса на этот раз удалось воспроизвести и что у трубачей, по крайней мере у Stentor roeseli, имеется достаточно сложное поведение — а ведь его чаще всего приписывают только многоклеточным. Авторы статьи предполагают, что оно дало инфузориям преимущество в водных микроэкосистемах.

Пожалуй, самые известные существа без нервной системы, способные к достаточно сложным поведенческим актам и обучению, это слизевики. Эти грибоподобные организмы привыкают к раздражителям, которые они сначала активно избегали, способны выбрать из двух альтернатив наиболее подходящую, находить выход из лабиринта и многое другое.

https://nplus1.ru/