摘要：巴塞罗那基因组调控中心（CRG）与波士顿哈佛医学院研究人员主导的一项新研究带来了令人瞩目的成果：单个细胞似乎具备学习能力，而这种能力以往被认为是拥有大脑和复杂神经系统的动物所特有的。

巴塞罗那基因组调控中心（CRG）与波士顿哈佛医学院研究人员主导的一项新研究带来了令人瞩目的成果：单个细胞似乎具备学习能力，而这种能力以往被认为是拥有大脑和复杂神经系统的动物所特有的。

该研究成果发表于《当代生物学》杂志，这一发现或许预示着我们对生命基本单位认知的重大转变。哈佛医学院系统生物学副教授、研究合著者杰里米·古纳瓦德纳指出，细胞并非单纯遵循预先编程的遗传指令，而是被提升为具有基于从环境中学习的基本决策形式的实体。

研究聚焦于习惯化，即生物体逐渐停止对重复刺激做出反应的过程，如人们对时钟滴答声的习以为常或不再被闪烁灯光所干扰。这种最低级的学习形式在具有复杂神经系统的动物中已被广泛研究。然而，细胞尺度上是否存在学习行为一直饱受争议。早在 20 世纪早期，对单细胞纤毛虫 Stentor roeselii 的实验虽首次揭示了类似学习行为，但当时被忽视与驳回。20 世纪 70 年代和 80 年代，在其他纤毛虫身上又发现了习惯化迹象，现代实验则进一步为该理论提供了更多依据。

研究合著者、巴塞罗那基因组调控中心研究员罗莎·马丁内斯表示，这些生物与有大脑的动物差异巨大，学习意味着它们运用内部分子网络，以某种方式执行类似大脑神经元网络的功能，而其实现方式一直是未解之谜，故而值得深入探索。

细胞依靠生物化学反应处理信息，例如蛋白质表面磷酸标签的添加或移除会致使蛋白质开启或关闭。为追踪细胞信息处理过程，研究人员采用基于数学方程的计算机模拟来监测反应并解码细胞“语言”，而非在实验室培养皿中直接处理细胞，这样便能观察到细胞反复暴露于相同刺激时内部分子相互作用的变化。

具体而言，研究着眼于负反馈回路和非相干前馈回路这两种常见分子回路。负反馈中，一个过程的输出会抑制自身生产，如同恒温器在房间达到特定温度时关闭加热器；非相干前馈回路里，一个信号同时激活一个过程及其抑制剂，类似带有计时器的运动激活灯在检测到运动后一段时间自动关闭。模拟显示，细胞运用至少两种分子回路组合来调整对刺激的反应，重现了更复杂生命形式中习惯化的所有标志性特征，其中一个关键发现是分子电路的行为需要“时间尺度分离”，即部分反应比其他反应发生得快得多。

马丁内斯博士解释，这可能是细胞层面的一种“记忆”，使细胞既能即时反应又能影响未来反应。这一发现还可能为神经科学家与认知研究者之间长期存在的争论提供新的阐释。多年来，两组对习惯强度与刺激频率或强度的关系存在不同见解，神经科学家关注可观察行为，发现生物体在更频繁或更弱刺激下习惯化更强。

来源：开超跑的科学家