Celulele individuale pot avea capacitatea de a învăța, o trăsătură considerată anterior a fi exclusivă pentru animalele cu creier și sisteme nervoase complexe. Această descoperire revoluționară este concluzia unui studiu realizat de cercetătorii de la Centrul pentru Reglementare Genomică (CRG) din Barcelona, Spania și de la Harvard Medical School din Boston, Statele Unite.
Rezultatele studiului au fost publicate în revista Current Biology și contestă vechile presupuneri despre natura fundamentală a vieții, putând remodela înțelegerea noastră privind comportamentul celular.
„În loc de a urma instrucțiunile genetice pre-programate în materialul lor genetic, celulele sunt entități elevate echipate cu o formă rudimentară de luare a deciziilor (învățare) în funcție de condițiile din mediul înconjurător”, spune Jeremy Gunawardena, profesor asociat de biologie la Harvard Medical School și coautor al studiului.
Obișnuința celulară
Studiul a analizat obișnuința celulară, procesul prin care un organism încetează gradual să mai răspundă la un stimul repetat. Aceasta face ca oamenii să nu mai sesizeze ticăitul unui ceas sau să fie mai puțin distrași de luminile intermitente. Această formă rudimentară de învățare a fost mult studiată la animalele cu sisteme nervoase complexe.
Existența unor comportamente asemănătoare învățării la scară celulară este o chestiune controversată. Experimentele desfășurate la începutul secolului XX pe ciliatul unicelular Stentor roeselii au arătat pentru prima dată un comportament similar învățării, însă aceste studii au fost trecute cu vederea la vremea respectivă. În anii 1970 și 1980 au fost observate indicii ale obișnuinței celulare la alte ciliate, iar experimentele ulterioare au venit în sprijinul acestei teorii.
„Aceste creaturi sunt atât de diferite de animalele cu creier. Pentru a învăța ele ar trebui să aibă rețele moleculare interne care să îndeplinească funcții similare cu cele ale rețelelor de neuroni din creier”, spune dr. Rosa Martinez, cercetător la Centrul de Reglementare Genetică din Barcelona.
Procesarea informațiilor la nivel celular
Procesarea informațiilor la nivel celular este realizată pe baza reacțiilor biochimice. De exemplu, adăugarea sau înlăturarea unei grupări fosfat de pe suprafața unei proteine activează sau inhibă proteina respectivă. Pentru a analiza modul în care celulele procesează informația, cercetătorii utilizează simulări bazate pe ecuații matematice pentru monitorizarea reacțiilor și decodificarea „limbajului” celular. Acest lucru le permite să vadă modul în care interacțiunile moleculare din interiorul celulei se modifică în urma expunerii la stimuli repetați.
În mod particular, studiul a analizat două circuite moleculare comune: feedback-ul negativ și buclele de feedforward incoerent. În cazul feedback-ului negativ, produsul procesului inhibă propria sa producție, la fel ca un termostat care închide un radiator atunci când se atinge o anumită temperatură. În cazul buclelor de feedforward incoerent, un semnal activează simultan procesul și inhibitorul său, precum un senzor de mișcare care aprinde o lumină temporizată; după detectarea mișcării, lumina se închide automat după o perioadă de timp.
Memoria și obișnuința celulare
Simulările arată că celulele utilizează cel puțin două dintre aceste circuite moleculare pentru a-și ajusta fin răspunsurile la stimuli și pentru a reproduce funcțiile întâlnite la organismele mai complexe. Una dintre descoperirile-cheie este necesitatea unei „separări pe scară temporală” în comportamentul circuitelor moleculare, în care unele reacții se desfășoară mult mai rapid decât altele.
„Credem că aceasta ar putea fi un fel de „memorie” la nivel celular, care le permite celulelor să reacționeze imediat și să influențeze răspunsurile viitoare”, spune dr. Martinez.
Legătura între științele cognitive și neuroștiință
Descoperirile ar putea oferi o nouă perspectivă asupra dezbaterilor purtate de cercetătorii care studiază neuroștiințele și științele cognitive. Timp de mulți ani, aceste două grupuri au avut opinii diferite în privința modului în care obișnuința este legată de frecvența sau intensitatea stimulării. Neurocercetătorii se concentrează pe comportamentul observabil, subliniind că organismele arată o obișnuință mai profundă odată cu creșterea frecvenței sau reducerea intensității stimulilor.
Pe de altă parte, cercetătorii din domeniul științelor cognitive insistă pe verificarea existenței unor modificări interioare și a formării memoriei după ce obișnuința s-a produs. Potrivit acestei metodologii, obișnuința pare a fi mai puternică odată cu scăderea frecvenței sau cu creșterea intensității stimulilor.
Sursa: SciTechDaily