Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Одноклеточный организм проявил способность к сложному обучению
Крошечный обитатель прудов, напоминающий по форме трубку, продемонстрировал признаки павловского ассоциативного обучения. У этого организма нет ни мозга, ни нервной системы. Однако эксперимент показал — одноклеточное способно связывать события между собой и ожидать, что одно последует за другим. Такое поведение намекает, что ассоциативное обучение могло возникнуть задолго до появления нервной системы у многоклеточных организмов.
Долгое время биологи спорили, могут ли одноклеточные учиться на собственном опыте. Самую простую форму обучения, которую называют привыканием, находили у некоторых растений, простейших и животных.
Привыкание — это когда организм прекращает реагировать на повторяющийся и безопасный раздражитель. Образный пример: человек перестает замечать тиканье часов, а амеба перестает вздрагивать от легкого толчка.
Гораздо сложнее другая форма обучения — ассоциативная. Это когда организм связывает два события и начинает реагировать на один из стимулов как на предвестник другого, то есть понимает, что одно последует за другим.
Самый известный пример описал русский физиолог Иван Павлов. Во время изучения пищеварения у собак он обнаружил, что животные могут связывать нейтральный сигнал (например звук колокольчика) с появлением пищи. Павлов многократно подавал звук перед кормлением, и со временем животные начинали выделять слюну уже при одном звуке, реагируя на него как на сигнал скорого появления пищи. Ученый показал, что собаки могут обучаться, связывая стимулы.
Долгое время считалось, что для столь сложной реакции нужна хотя бы примитивная нервная система, поэтому одноклеточные вряд ли способны на такое «обучение».
Команда американских биологов под руководством Сэма Гершмана (Sam Gershman) из Гарвардского университета решила проверить, действительно ли их коллеги правы и одноклеточные не способны к ассоциативному обучению.
Исследователи провели эксперимент с инфузорией Stentor coeruleus, обитающей в пресных водоемах. Организм имеет трубкообразную форму, а длина его тела не превышает миллиметра. На одном конце у него находится своего рода «якорь», с помощью которого существо прикрепляется к поверхности. На другом — ротовой аппарат, трубчатая структура с ресничками, которые постоянно двигаются. Они создают поток воды внутрь трубки и захватывают частички пищи, которую клетка фильтрует и поедает.
Но у этой идиллии есть обратная сторона: если Stentor coeruleus потревожить, у нее срабатывает защитный рефлекс. Вдоль клетки проходят специальные сократительные волокна — мионемы. Это как система быстрых тросов. По команде они мгновенно укорачиваются, и вся клетка резко сжимается в плотный шарик.
Ротовой аппарат, который был раскрыт на конце «трубки», втягивается и закрывается. Фильтрация воды прекращается. Пока инфузория находится в сжатом состоянии, она не может ни захватывать пищу, ни создавать ток воды. Она буквально «закрывает ставни» и прячется.
По словам Гершмана, для Stentor coeruleus важно «не дергаться по пустякам». Каждое неоправданное сокращение — потраченная впустую энергия. Инфузория реагирует на опасность только тогда, когда это действительно нужно. Именно поэтому способность отличать реальную угрозу от ложной тревоги дает Stentor coeruleus огромное преимущество в выживании.
Гершман и его коллеги провели эксперимент по всем канонам павловской школы. В первой его части ученые наносили сильные удары по дну чашек Петри с культурами из нескольких десятков инфузорий. Первые же удары заставили большинство Stentor coeruleus мгновенно сжиматься в шарик.
Стук повторяли каждые 45 секунд — примерно столько времени требуется клетки, чтобы снова расправиться после сокращения. Всего исследователи нанесли 60 таких ударов. Изначально большинство клеток резко сжималось, однако постепенно реакция слабела. Все меньше инфузорий отвечали на сигнал — они привыкали к раздражителю. Так проявилось классическое привыкание.
Затем эксперимент усложнили. Сперва исследователи наносили слабый удар, а ровно через секунду сильный. Такие пары сигналов повторяли каждые 45 секунд. Ученых интересовало: научатся ли инфузории реагировать на слабый предвестник?
На протяжении первых 10 попыток исследователи фиксировали, сколько клеток сжимается именно на слабый удар — до того, как прозвучит сильный. Сначала число реагирующих на этот удар организмов резко пошло вверх. Stentor coeruleus словно поняли: если раздался слабый стук, через секунду последует настоящая встряска. Однако по мере повторения парных сигналов вероятность сокращений снова снижалась: инфузории постепенно привыкали и переставали реагировать на удар.
Проверить, что это не случайная реакция, а именно обучение, помог контрольный тест. Ученые подали инфузориям только слабый сигнал, без последующего сильного удара. В этом случае клетки не проявили реакции — сжатий практически не было.
Это ключевое отличие доказывает: в основной части эксперимента слабый удар стал для клеток не просто раздражителем, а именно предупреждением. Инфузории связывали его с неминуемым сильным ударом, и сжимались в ожидании опасности. Когда же «подкрепления» не следовало (подавали один слабый сигнал), клетки игнорировали его, подтверждая, что в первом случае сработала именно ассоциативная связь. Иными словами, Stentor coeruleus смогли установить связь между двумя событиями — а это и есть склонность к ассоциативному обучению.
Биологи также проверили, как влияет время между сигналами на «обучение». Оказалось, что эффективность зависит от интервала между слабым и сильным ударами.
Когда между ударами проходило слишком много времени, клетки успевали «забыть» связь между ними, и «обучение» проявлялось слабее. Если сигналы шли слишком часто, клетки не успевали восстанавливаться после предыдущего удара, и реакция тоже снижалась. То есть скорость и сила реакции зависят от интервалов: частота повторения сигналов напрямую влияет на то, насколько хорошо инфузория «учится» предугадывать сильный удар после слабого.
Если клетка способна к сложному обучению, значит, у нее где-то должна храниться память. Как именно это работает у Stentor coeruleus — пока загадка.
Гершман выдвинул гипотезу: в мембране инфузории есть рецепторы, которые реагируют на прикосновение. Когда они срабатывают, в клетку поступают ионы кальция, меняется внутреннее напряжение, и клетка сжимается. При повторяющихся сигналах часть рецепторов изменяет работу и превращается в «молекулярный переключатель». Он может заблокировать сигнал тревоги, если внутренняя биохимическая система клетки «решит», что опасность не настоящая.
Открытие гарвардских биологов указывает на древнее происхождение ассоциативного обучения. Получается, что сложные формы поведения могли появиться задолго до того, как сформировались первые многоклеточные организмы с зачатками нервной системы.
Авторы исследования полагают, что их выводы заставят по-новому взглянуть на работу мозга человека. Возможно, древние молекулярные механизмы, доставшиеся людям от одноклеточных предков, до сих пор действуют внутри нейронов, позволяя им «учиться» на входящих сигналах даже без изменений связей между клетками — на уровне самых простых клеточных процессов, которые ученые только начинают понимать.
Выводы исследователей представлены на сайте препринтов по биологии bioRxiv.
Telegram 
Дзен 
VK Археологи обнаружили на стенах гробниц египетской знати в Долине царей надписи на древних индийских языках. Эти граффити оставили путешественники из Южной Азии, посещавшие Египет в начале первого тысячелетия нашей эры, когда он был провинцией Римской империи. Находки подтвердили, что Долина царей уже в те времена была популярным туристическим аттракционом.
Антиген стволовых клеток простаты (PSCA) — это белок, который участвует в патогенезе заболеваний предстательной железы. Его вторая роль касается развития болезни Альцгеймера и других неврологических патологий. Новая статья ученых из МФТИ и ИБХ РАН с соавторами описала структуру PSCA, его фармакологические свойства и участие в нейровоспалении, что поможет создать новые лекарства.
Белки из почвенного мицелия связали частицы воды и запустили кристаллизацию при слабом минусе. Эти молекулы работали в виде водного раствора без привязки к липидным оболочкам живых клеток. Грибы получили такую способность от бактерий сотни тысяч лет назад через параллельный перенос генов.
Археологи обнаружили на стенах гробниц египетской знати в Долине царей надписи на древних индийских языках. Эти граффити оставили путешественники из Южной Азии, посещавшие Египет в начале первого тысячелетия нашей эры, когда он был провинцией Римской империи. Находки подтвердили, что Долина царей уже в те времена была популярным туристическим аттракционом.
Антиген стволовых клеток простаты (PSCA) — это белок, который участвует в патогенезе заболеваний предстательной железы. Его вторая роль касается развития болезни Альцгеймера и других неврологических патологий. Новая статья ученых из МФТИ и ИБХ РАН с соавторами описала структуру PSCA, его фармакологические свойства и участие в нейровоспалении, что поможет создать новые лекарства.
Каждую весну оплодотворенные матки шмелей выходят из зимовки и основывают новые колонии. Но как они умудряются выжить, если во время «спячки» их подземное убежище часто подтапливают талые или дождевые воды? Первыми на этот вопрос в 2024 году ответила команда канадских биологов. Они выяснили, что шмели способны безопасно проводить под водой до недели. Теперь другая группа ученых решила выяснить, какой именно физиологический механизм стоит за этим феноменом.
В ноябре 2025 года при взлете российской ракеты с Байконура к МКС с существенной высоты упала кабина обслуживания 8У216. Поскольку в 2010-х годах из экономии средств у нас отказались от дублирования стартовых площадок, это создало ситуацию временной невозможности пилотируемых полетов. Теперь, всего через три месяца после происшествия, «Роскосмос» смог решить проблему, поставив запасную кабину обслуживания, найденную на складах Минобороны. Весенние пуски к МКС, запланированные ранее, теперь имеют шансы пройти в срок.
Одна сторона сыплет более дорогими и сложными баллистическими ракетами, другая — относительно дешевыми крылатыми. Но при этом первая на порядок беднее второй. А что у них с технологическим уровнем для наземной войны, и почему, кстати, глава второй избегает даже самого этого слова? Попробуем разобраться в реальных возможностях военных машин сторон потенциально самого опасного конфликта 2026 года.
В той части Пиренеев, которые находятся на территории Испании, исследователи обнаружили первые доказательства добычи золота в эпоху Римской империи. На месте древних рудников нашли сложные гидравлические сооружения и остатки водохранилища, возраст которых определили с помощью метода оптического датирования. Открытие прольет свет на инженерные приемы римлян и поставит точку в многолетнем споре: действительно ли римляне добывали золото в этом регионе.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии