挑战生物学领域共识：新研究表明单细胞也拥有学习能力

IT之家 11 月 25 日消息，科技媒体 scitechdaily 昨日（11 月 24 日）发布博文，报道称新研究表明单细胞也具有学习能力，挑战了“复杂学习行为仅限于具有神经系统的生物体”的观点。

研究人员通过计算机模拟，揭示了细胞如何适应重复刺激，为疾病治疗和计算生物学研究提供了新的方向，这项发表在《当代生物学》杂志上的研究，将深刻改变我们对生命基本性质和细胞行为的理解。

一、挑战传统认知：单细胞的学习能力

巴塞罗那基因组调控中心（CRG）和哈佛医学院的研究人员合作，通过研究单细胞纤毛虫 Stentor roeseli 的习惯化现象，证明了单个细胞具有学习能力，挑战了长期以来认为只有具有复杂神经系统的生物才具备学习能力的传统认知。

研究人员利用计算机模拟，成功模拟了细胞对重复刺激的适应过程，即习惯化。此前，对单细胞学习能力的研究曾被忽视，但现代实验为这一理论提供了更多证据。

二、研究方法：计算机模拟揭示细胞学习机制

IT之家援引新闻稿介绍，研究团队没有直接进行细胞实验，而是巧妙地利用计算机模拟，基于数学方程模拟细胞内的生化反应，从而追踪细胞如何处理信息。他们重点研究了两种常见的分子回路：负反馈环路和非相干前馈环路。

单细胞纤毛虫 Stentor roeseli 的显微镜图像。图源：Joseph Dexter

模拟解释了微小的单细胞生物，如何表现出被认为是更复杂生命形式独有的学习形式。

通过模拟，研究人员发现细胞利用这些分子回路的组合来微调对刺激的反应，并重现了在更复杂生命形式中观察到的习惯化特征。

模拟结果表明，细胞内分子回路反应速度差异（时间尺度分离）是细胞学习的关键因素，这可能构成细胞层面的“记忆”。

三、意义与展望：开启细胞生物学新篇章

这项研究不仅加深了我们对生命最基本层次上学习和记忆机制的理解，也为癌症耐药性、细菌抗生素耐药性等现象提供了新的解释思路。

研究结果也解决了神经科学家和认知科学家长期以来关于习惯化强度与刺激频率或强度关系的争论。

未来，该研究成果有望指导实验科学家设计新的实验，验证模拟结果，并推动计算生物学的发展，最终实现对生命过程的可编程控制。这项研究为细胞生物学研究开辟了新的方向，具有重要的理论和应用价值。