Pies uczy się siadać na polecenie, człowiek słyszy, a w końcu wycisza szum pralki podczas czytania… Zdolność do uczenia się i adaptacji ma najważniejsze znaczenie dla ewolucji, a w istocie także przetrwania.
Przyzwyczajenie – mniej efektowny brat adaptacji – polega na osłabieniu reakcji na bodziec po wielokrotnej ekspozycji. Pomyśl o potrzebie wypicia trzeciego espresso, aby utrzymać ten sam poziom koncentracji, jaki osiągnąłeś po jednym shotie.
Do niedawna przyzwyczajenie – prostą formę uczenia się – uważano za domenę wyłącznie złożonych organizmów wyposażonych w mózgi i układy nerwowe, takich jak robaki, owady, ptaki i ssaki.
Jednak nowe badanie, opublikowane 19 listopada w czasopiśmie Current Biology, dostarcza przekonujących dowodów na to, iż choćby maleńkie stworzenia jednokomórkowe, takie jak orzęski i ameby, a także komórki w naszym ciele, mogą wykazywać przyzwyczajenie podobne do tego, które obserwuje się w bardziej złożonych organizmach. z mózgami.
Prace prowadzone pod kierunkiem naukowców z Harvard Medical School i Centrum Regulacji Genomu (CRG) w Barcelonie sugerują, iż pojedyncze komórki są zdolne do zachowań bardziej złożonych, niż się w tej chwili uważa.
„To odkrycie otwiera przed nami nową, ekscytującą tajemnicę: w jaki sposób komórki bez mózgu radzą sobie z czymś tak złożonym?” powiedział starszy autor badania Jeremy Gunawardena, profesor nadzwyczajny biologii systemowej w Instytucie Blavatnik w HMS. Współprowadził badania z Rosą Martinez Corral, byłą badaczką ze stopniem doktora w swoim laboratorium, która w tej chwili kieruje grupą badawczą zajmującą się systemami i biologią syntetyczną w CRG.
Wyniki uzupełniają niewielki, ale rosnący zbiór prac na ten temat. Wcześniejsze prace prowadzone pod kierunkiem Gunawardeny wykazały, iż jednokomórkowe orzęski wykazywały zachowania unikające, podobne do zachowań obserwowanych u zwierząt napotykających nieprzyjemne bodźce.
Co odkryli naukowcy
Zamiast badać komórki na naczyniu laboratoryjnym, naukowcy wykorzystali zaawansowane modelowanie komputerowe do analizy, w jaki sposób sieci molekularne wewnątrz komórek orzęsków i ssaków reagują na różne wzorce stymulacji. Znaleźli cztery sieci wykazujące cechy przyzwyczajenia obecne w mózgach zwierząt.
Sieci te miały wspólną cechę: każda sieć molekularna posiadała dwie formy przechowywania „pamięci”, które przechwytywały informacje wyuczone ze środowiska. Naukowcy zauważyli, iż jedna pamięć zanikała znacznie szybciej niż druga – jest to forma utraty pamięci konieczna do przyzwyczajenia. Odkrycie to sugeruje, iż pojedyncze komórki przetwarzają i zapamiętują informacje w różnych odstępach czasu.
Implikacje
Naukowcy twierdzą, iż badanie przyzwyczajeń w pojedynczych komórkach może pomóc w zrozumieniu ogólnego sposobu uczenia się. Odkrycia rzucają także skromne jednokomórkowe stworzenia w nowe, bardziej kuszące światło: to nie tylko maszyny molekularne upakowane w mikroskopijnych ciałach, ale także istoty potrafiące się uczyć.
A co z bardziej praktycznymi zastosowaniami?
Naukowcy ostrzegają, iż na razie pozostają one czysto spekulacyjne. Jednak śmiałym pomysłem byłoby zastosowanie koncepcji przyzwyczajenia do związku między rakiem a odpornością.
Nowotwory notorycznie dobrze wymijają się z nadzoru immunologicznego, ponieważ oszukują komórki odpornościowe, aby postrzegały je jako niewinnych świadków. Innymi słowy, komórki odpornościowe odpowiedzialne za rozpoznawanie nowotworu mogą w jakiś sposób przyzwyczaić się do obecności komórki nowotworowej – komórka odpornościowa przyzwyczaja się do bodźca i przestaje na niego reagować.
„To trochę jak złudzenia. Gdybyśmy wiedzieli, w jaki sposób te fałszywe spostrzeżenia są kodowane w komórkach odpornościowych, być może uda nam się je przeprojektować tak, aby komórki odpornościowe zaczęły prawidłowo postrzegać swoje otoczenie, guz stał się widoczny jako złośliwy i zaczął pracy” – powiedział Gunawardena.
„W tej chwili to fantazja, ale jest to kierunek, który chciałbym zbadać w przyszłości”.
