挑戰(zhàn)生物學(xué)領(lǐng)域共識：新研究表明單細胞也擁有學(xué)習(xí)能力！
小楊 / 2024-11-25 09:22:01
百歐博偉生物：scitechdaily 昨日發(fā)布博文，報道稱新研究表明單細胞也具有學(xué)習(xí)能力，挑戰(zhàn)了“復(fù)雜學(xué)習(xí)行為僅限于具有神經(jīng)系統(tǒng)的生物體”的觀點。
研究人員通過計算機模擬，揭示了細胞如何適應(yīng)重復(fù)刺激，為疾病治療和計算生物學(xué)研究提供了新的方向，這項發(fā)表在《當代生物學(xué)》雜志上的研究，將深刻改變我們對生命基本性質(zhì)和細胞行為的理解。
一、挑戰(zhàn)傳統(tǒng)認知：單細胞的學(xué)習(xí)能力
巴塞羅那基因組調(diào)控中心（CRG）和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員合作，通過研究單細胞纖毛蟲 Stentor roeseli 的習(xí)慣化現(xiàn)象，證明了單個細胞具有學(xué)習(xí)能力，挑戰(zhàn)了長期以來認為只有具有復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的生物才具備學(xué)習(xí)能力的傳統(tǒng)認知。
研究人員利用計算機模擬，成功模擬了細胞對重復(fù)刺激的適應(yīng)過程，即習(xí)慣化。此前，對單細胞學(xué)習(xí)能力的研究曾被忽視，但現(xiàn)代實驗為這一理論提供了更多證據(jù)。
二、研究方法：計算機模擬揭示細胞學(xué)習(xí)機制
IT之家援引新聞稿介紹，研究團隊沒有直接進行細胞實驗，而是巧妙地利用計算機模擬，基于數(shù)學(xué)方程模擬細胞內(nèi)的生化反應(yīng)，從而追蹤細胞如何處理信息。他們重點研究了兩種常見的分子回路：負反饋環(huán)路和非相干前饋環(huán)路。
模擬解釋了微小的單細胞生物，如何表現(xiàn)出被認為是更復(fù)雜生命形式獨有的學(xué)習(xí)形式。
通過模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)細胞利用這些分子回路的組合來微調(diào)對刺激的反應(yīng)，并重現(xiàn)了在更復(fù)雜生命形式中觀察到的習(xí)慣化特征。
模擬結(jié)果表明，細胞內(nèi)分子回路反應(yīng)速度差異（時間尺度分離）是細胞學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素，這可能構(gòu)成細胞層面的“記憶”。
三、意義與展望：開啟細胞生物學(xué)新篇章
這項研究不僅加深了我們對生命最基本層次上學(xué)習(xí)和記憶機制的理解，也為癌癥耐藥性、細菌抗生素耐藥性等現(xiàn)象提供了新的解釋思路。
研究結(jié)果也解決了神經(jīng)科學(xué)家和認知科學(xué)家長期以來關(guān)于習(xí)慣化強度與刺激頻率或強度關(guān)系的爭論。
未來，該研究成果有望指導(dǎo)實驗科學(xué)家設(shè)計新的實驗，驗證模擬結(jié)果，并推動計算生物學(xué)的發(fā)展，最終實現(xiàn)對生命過程的可編程控制。這項研究為細胞生物學(xué)研究開辟了新的方向，具有重要的理論和應(yīng)用價值。
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