Тұщы су қоймаларында тіршілік ететін ұсақ біржасушалы Stentor coeruleus инфузориясы миы мен жүйке жүйесі болмаса да, ассоциативті оқыту қабілетін көрсетті. Эксперимент біржасушалы ағзалардың оқиғаларды байланыстырып, бірінің артынан бірі болатынын алдын ала болжай алатынын дәлелдеді. Бұл ассоциативті оқытудың көпжасушалы ағзаларда жүйке жүйесі пайда болмай тұрып-ақ қалыптасуы мүмкін екенін көрсетеді.

Біржасушалылардағы оқыту түрлері

Ғалымдар ұзақ уақыт бойы біржасушалы ағзалар өз тәжірибесінен үйрене ала ма деген сұрақты талқылап келді. Оқытудың ең қарапайым түрі — дағдылану, яғни ағза қайталанатын әрі қауіпсіз тітіркендіргішке жауап беруді тоқтатады. Мұндай мінез-құлық кейбір өсімдіктерде, қарапайымдылар мен жануарларда кездеседі.

Оқытудың күрделірек түрі — ассоциативті оқыту, мұнда ағза екі оқиғаны байланыстырып, бір стимулды екіншісінің белгісі ретінде қабылдай бастайды. Классикалық мысал — иттерге жасалған тәжірибе, онда жануарлар тамақтандыру алдында дыбыс шыққанда сілекей бөле бастайды.

Бұрын ассоциативті оқыту үшін кем дегенде қарапайым жүйке жүйесі қажет деп есептелген, сондықтан біржасушалылар мұндай оқытуға қабілетсіз деп саналды.

Stentor coeruleus инфузориясымен жүргізілген тәжірибе

Америкалық биологтар тұщы суда тіршілік ететін Stentor coeruleus инфузориясымен тәжірибе жүргізді. Бұл ағза ұзындығы бір миллиметрден аз түтік тәрізді пішінге ие, бір ұшымен бетке жабысады, ал екінші жағында қорегін сүзуге арналған кірпікшелі ауыз аппараты бар.

Қауіп төнгенде инфузорияда қорғаныс рефлексі іске қосылады: жасуша бойымен созылған арнайы талшықтар бірден жиырылып, бүкіл жасуша тығыз шарға айналады да, су мен қоректі сүзуді тоқтатады.

Эксперимент барысы

Эксперименттің алғашқы кезеңінде ғалымдар Петри табақшаларындағы инфузорияларға қатты соққы жасады. Алғашқы соққылар жасушалардың көпшілігінің бірден жиырылуына себеп болды, бірақ қайталанған сайын бұл реакция әлсірей түсті — инфузориялар тітіркендіргішке үйреніп алды.

Кейін тәжірибе күрделенді: алдымен әлсіз соққы, бір секундтан соң қатты соққы жасалды. Мұндай сигнал жұптары әр 45 секунд сайын қайталанды. Зерттеушілер жасушалардың қаншасы қатты соққыға дейін әлсіз соққыға жауап беретінін тіркеді. Бастапқыда жауап беретін жасушалар саны күрт артты, бұл әлсіз және қатты тітіркендіргіш арасында ассоциативті байланыс қалыптасқанын көрсетті. Уақыт өте келе бұл реакция қайтадан әлсіреді — жасушалар сигналдар тізбегіне де үйреніп алды.

Бақылау тесті кезінде тек әлсіз сигнал берілгенде, артынан қатты соққы болмаса, жасушалардың жиырылуы іс жүзінде байқалмады. Бұл әлсіз соққы жасушалар үшін жай тітіркендіргіш емес, қауіп туралы ескертуге айналғанын дәлелдейді.

Сигналдар арасындағы интервалдың әсері

Оқытудың тиімділігі әлсіз және қатты соққылар арасындағы интервалға байланысты болды. Егер аралық тым ұзақ болса, жасушалар оқиғалар арасындағы байланысты «ұмытып», оқыту әлсіз көрінді. Ал сигналдар тым жиі қайталанса, жасушалар қалпына келіп үлгермей, реакция да төмендеді. Осылайша, сигналдардың қайталану жиілігі инфузорияның қауіпті алдын ала болжай алу қабілетіне тікелей әсер етеді.

Біржасушалылардағы жады механизмдері

Күрделі оқыту қабілеті жады механизмінің бар екенін көрсетеді. Инфузория мембранасында жанасуға жауап беретін рецепторлар бар деп болжанады. Олар белсенгенде жасушаға кальций иондары түсіп, ішкі кернеу өзгереді де, жасуша жиырылады. Қайталанатын сигналдар кезінде рецепторлардың бір бөлігі жұмысын өзгертіп, молекулалық «қосқышқа» айналады — егер жасушаның ішкі биохимиялық жүйесі «қауіп жоқ» деп шешсе, дабыл сигналын бұғаттай алады.

Ашылудың маңызы

Эксперимент нәтижелері ассоциативті оқытудың ежелгі шығу тегін көрсетеді. Күрделі мінез-құлық жүйке жүйесінің алғашқы белгілері бар көпжасушалылар пайда болмай тұрып-ақ қалыптасуы мүмкін. Ежелгі молекулалық механизмдер адамға біржасушалы ата-бабалардан жетіп, әлі күнге дейін нейрондар ішінде жұмыс істейді — жасушалар арасындағы байланыстар өзгермесе де, қарапайым жасушалық деңгейде «үйренуге» мүмкіндік береді.

Нәтижелердің жариялануы

Зерттеушілердің қорытындылары биология бойынша bioRxiv препринт сайтында жарияланды.