موجودي تك‌سلولي كه بدون سيستم عصبي، تصميم‌گيري‌هاي پيچيده‌اي مي‌كند
در سال ۱۹۰۶، جانورشناسي به‌نام هربرت اسپنسر جنينگز از كشف قابل‌توجهي خبر داد. او نمونه‌اي از رفتار هوشمندانه را در يك ارگانيسم آب شيرين كه تنها از يك سلول تشكيل شده بود و استنتور روسلي نام داشت، مشاهده كرد. جنينگز ادعا كرد كه با تحريك زير ميكروسكوپ، اين موجود بي‌رنگ شيپورمانند، مي‌توانست تصميم‌هاي پيچيده‌اي بگيرد. اين ارگانيسم بدون كمك يك سيستم عصبي، پاسخ خود را براساس سلسله مراتب رفتاري خاصي تغيير مي‌داد. اين يكي از پيچيده‌ترين رفتارهايي بود كه تا آن زمان در يك تك‌سلولي هسته‌دار گزارش شده بود، هرچند كسي پس از او نتوانست نتايج را تكرار كنند. درنهايت اين ايده كنار گذاشته شد. اكنون، پس از گذشت چندين دهه از كنارگذاشتن اين ايده، به‌انديشه متخصصين مي‌رسد كه حق با جنينگز بوده است.
پژوهشگران دريافته‌اند كه استنتور روسلي به‌محض تحريك شدن، هركدام از رفتارهايي را كه سال‌ها پيش به‌وسيله‌ي جنينگز توصيف شده بود، از خود نشان مي‌دهد و شواهد قانع‌كننده‌اي براي اين تئوري كه مدت‌ها ناديده گرفته شده بود، فراهم شد. جرمي گاناواردنا از دانشكده پزشكي هاروارد مي‌گويد:
موضوع جذاب درمورد توصيفات جنينگز اين است كه اين پديده نشان‌دهنده‌ي تصميم‌گيري پيچيده‌اي است كه در آن ارگانيسم در پاسخ به محركي يكسان، ذهن خود را تغيير مي‌دهد و هربار كار متفاوتي را انجام مي‌دهد. ما معمولا تصور مي‌كنيم چنين رفتارهاي شناختي خودمختاري مختص ارگانيسم‌هاي پرسلولي داراي سيستم عصبي است اما اين جا مي‌بينيم كه يك موجود تك‌سلولي نيز چنين قابليت‌هايي را دارد.
به‌عنوان مثال، وقتي يك سلول استنتور طبيعي به‌طور مكرر لمس شود، احتمال اينكه خود را جمع كند (انقباض)، كمتر و كمتر مي‌شود. اين پاسخ با عنوان خوگيري شناخته مي‌شود كه شكلي از يادگيري ناهمخوان يا غيرتداعي است. اما چيزي كه جنينگز درمورد استنتور روسلي مشاهده كرد، متفاوت بود. هنگامي كه يك ماده‌ي شيميايي، اين گونه‌ي خاص را تحريك مي‌كند، سلول ابتدا پيچيده و خم مي‌شود و بخش دهاني خود را دور مي‌كند. اگر حمله ادامه يابد، سلول با مژك‌هاي خود ضربه مي‌زند تا اجازه ندهد چيزي به ناحيه‌ي دهاني او نزديك شود. اگر باز موفق نشود، سلول منقبض مي‌شود و اگر هيچ‌كدام از اين كارها مؤثر واقع نشود، ارگانيسمي كه معمولا ساكن است، كاملا از پايه‌ي خود جدا مي‌شود.
سيليات‌ها (مژك‌داران) موجودات فوق‌العاده پيچيده‌اي هستند كه مدت‌ها است توجه دانشمندان را به خود جلب كرده‌اند. اين ارگانيسم‌ها دربرابر برخي از عوامل استرس‌زا داراي پاسخ اجتناب هستند. آن‌ها در برخورد با عامل خطر، اگر روي سطحي قرار داشته باشند، مي‌توانند به عقب حركت كنند يا بچرخند و اگر در آب باشند، مي‌توانند سريع‌تر شنا كنند. اما درحالي‌كه ديگر تك‌سلولي‌ها رفتارهاي بقاي ساده‌اي مانند شكار، جهت‌يابي و جفت‌گيري را از خود نشان مي‌دهند، به‌انديشه متخصصين مي‌رسد كه رفتار استنتور روسلي بسيار تكامل يافته‌تر باشد.
اين توالي سه مرحله‌اي از رفتارهاي متمايز چيزي بود كه موجب شد جنينگز براي اولين‌بار به وجود رفتارهاي سلسله مراتبي در اين موجود مشكوك شود. اكنون، براي نخستين‌بار پس از آن زمان، نتايج تكرار شده است. برخلاف مطالعات گذشته كه روي ديگر گونه‌هاي مژك‌داران تك‌سلولي انجام شده بود، اين بار دانشمندان ارگانيسم مناسب را به‌طور مكرر زير ميكروسكوپ مورد مشاهده قرار دادند. پژوهشگران با قرار دادن استنتور روسلي در محلول، يك ماده‌ي محرك شيميايي را در پالس‌هاي متعدد وارد محيط كردند و در همين حين از واكنش ارگانيسم دربرابر ماده شيميايي فيلم‌برداري كردند. پس از ۶۰ تحريك كنترل‌شده، پاسخ ارگانيسم هم ازانديشه متخصصين كيفي و هم ازانديشه متخصصين كمي مورد تجزيه‌وتحليل قرار گرفت. در پايان، دقيقا همان چيزي رخ داد كه جنينگز شرح داده بود. اين ارگانيسم‌ها به گونه‌اي رفتار مي‌كردند كه متمايز از رفتارهاي خوگيري و شرطي‌سازي معمولي بود. پژوهشگران توضيح مي‌دهند:
ما رفتار سلسله مراتبي را به‌عنوان شكلي از تصميم‌گيري متوالي درانديشه متخصصين مي‌گيريم كه در آن وقتي موجود به‌طور مكرر درمعرض تحريكي مشابه قرار مي‌گيرد، ذهن خود را درمورد پاسخي كه دربرابر آن مي‌دهد، تغيير داده و بنابراين سلسله مراتب رفتاري مشاهده شده را از خود نشان مي‌دهد.
جابه‌جايي بين حالت‌هاي مختلف رفتاري نشان‌دهنده سطحي از تصميم‌گيري پيچيده است كه معمولا در موجودات داراي سيستم عصبي مشاهده مي‌شود. اين امر موجب شد كه يك قرن پيش، جنينگز و دانشمند ديگري به‌نام ژاك لوب وارد نبرد تلخي شوند درمورد اينكه آيا زندگي صرفا مسئله‌اي فيزيكي‌شيميايي است يا چيزي به‌عنوان عامليت سلولي وجود دارد.
اسكات كويل، دانشمند زيست‌شناسي كه در اين پژوهش مشاركتي نداشته است، در حالي‌كه با اين موضوع موافق است كه نتايج جديد نشان‌دهنده‌ي وجود نوعي رفتار سلسله مراتبي است، اين ادعا را كه «ارگانيسم ذهن خود را تغيير مي‌دهد» را ادعايي انسان‌انگارانه مي‌بيند. او مي‌گويد:
به‌انديشه متخصصين من، گفتن اينكه «سلول ذهن يا يادگيري خود را تغيير مي‌دهد»، مفهومي ندارد. اين درك جزئيات پشت‌صحنه‌ي نحوه‌ي رمزگذاري رفتار سلسله مراتبي ازانديشه متخصصين سيستم‌هاي مولكولي ارگانيسم است كه هيجان‌انگيز است. من مطمئنم كه برخي از افراد اين مباحثه‌ها را جالب مي‌بينند اما ازانديشه متخصصين من آن‌ها تنها موجب سردرگمي و ايجاد استدلال‌هايي دراين مورد كه آيا اين مسئله يك مسئله مكانيكي است يا ربطي به حيات دارد، مي‌شود.
اختصاص هر نوع عامليتي به موجودي كه تصميم‌گيري را براساس شانس انجام مي‌دهد، دشوار است. به‌عنوان مثال، در اين مطالعه انتخاب استنتور روسلي درمورد جدا شدن يا منقبض شدن، مانند پرتاب سكه است (با احتمالي برابر يكي از اين دو پاسخ را انتخاب مي‌كند). درحالي‌كه اين رويكرد براي يك موجود تك‌سلولي قابل‌توجه است، مسئله‌ي «تغيير ذهن» نمي‌تواند باشد. اينكه چگونه اين ارگانيسم اين سكه‌ي خيالي را پرتاب مي‌كند، هنور مشخص نيست و نويسندگان فقط مي‌توانند تصور كنند كه اين رفتار ممكن است چه مزيت تكاملي داشته باشد. شايد اين رفتار، راهي براي يافتن جفت مناسب بوده يا شايد هم راهي براي اجتناب از صرف هزينه‌ي بالا براي جدا شدن از يك نقطه و رفتن به منطقه‌اي است كه شرايط بهتري دارد. اين‌ها سوالات جذابي هستند اما مكانيك اين سلسله مراتب است كه موجب شگفتي كويل شده است. او پيشنهاد مي‌كند كه شايد محرك موجب تغيير در قابليت دسترسي كانال‌هاي يوني تك‌سلولي شود و اين امر موجب شود كه دورهاي بعدي حمله نتايج متفاوتي داشته باشد. او مي‌گويد:
ازانديشه متخصصين مكانيكي، مي‌توان تصور كرد كه واكنش‌هاي خمشي/مژكي دربرابر آشفتگي اوليه منجر به تغيير حالت درون سلول مي‌شود و آن را به منقبض شدن يا جدا شدن مستعدتر مي‌كند.
نتايج اين پژوهش در مجله‌ي Current Biology منتشر شده است.
هم انديشي ها