これらの単細胞生物は、決断を下すのに脳を必要としない

単細胞生物は何を考えているのか？その答えは、どうやら私たちが思っているよりもずっと幅広いようだ。科学者は通常、細胞の行動を「プログラミング」、つまり単純な刺激に対する生来のコード化された反応と捉え、思考や意思決定の一形態とは捉えない。しかし、Current Biology 誌に掲載された新しい研究は、その考えに異を唱えるかもしれない。

「何かをするようにプログラムされているのではなく、プログラムが実際に自分で判断するための仕組みを提供しているのかもしれません」と、責任著者でシステム生物学者のジェレミー・グナワルデナ氏は言う。

もちろん、単細胞生物には「心」はありません。しかし、グナワルデナ氏とその同僚は、一部の細胞が特定の刺激物に対する反応を選択する権限を持っていることを実証したようです。これは新しい概念ではありません。細胞が環境に自由に反応することを示す最初の実験は、100年以上前に行われました。

グナワルデナ氏を含むハーバード大学医学部の研究者らは、ハーバート・スペンサー・ジェニングス氏による 1906 年の研究を再現しようとした。この研究では、単細胞のトランペット型生物であるStentor roeseliが刺激物に悩まされると、どのように反応するかを決めるという証拠が見つかった。細胞が不快な刺激を避けるのは単純な反射として簡単に説明できるが、ジェニングス氏は、 Stentor roeseli のさまざまな細胞が、回避行動を達成するためにさまざまな行動をとるのを観察したと主張した。一見単純な生物に見られる複雑な行動だ。

ジェニングス氏の当初の発見は、カーミン（昆虫を砕いて作った染料）にさらされた小さな生物が、体を曲げたり、繊毛虫を変えたり、小さなボールに縮んだり、剥がれたりと、さまざまな反応を示したことを示した。ジェニングス氏が個々の細胞を刺激物に数回続けてさらした場合、細胞はカーミンに対する防御戦略を再考するように見えた。おそらく最初は体を曲げて染料から逃げ、次に身を守るためにボールに押しつぶされ、最後の手段として泳いで逃げるのかもしれない。

60 年代に他の研究者がこの研究を再現できなかったとき、科学界はジェニングスの研究結果を無効として却下しました。追跡研究で見つかった生物はすべて、さまざまなメカニズムを試す代わりに、刺激物に初めて触れると逃げていきました。

しかし、グナワルデナ氏がジェニングス氏の研究を反証したとされる研究を再度調べたところ、適切な生物すら使用されていないことが判明した。

「誰かがやった粗悪な仕事のせいでジェニングス氏の研究が無視されるなんて信じられなかった」とグナワルデナ氏はポピュラーサイエンス誌に語った。

そこから、グナワルデナ氏は研究室で「迷惑な存在」となり、実験を再現するために誰かを協力させようとしたという。その後、彼と共著者らは（グナワルデナ氏にとって幸運なことに、共著者らは彼のせっつきによって丸くなったり逃げ出したりはしなかった）、イギリスのゴルフコースの池で見つかったS. roeseliを購入し、この小さな生き物が実際どれほど決断力があるかを調べることにした。

研究者たちは、何が起こるかを見るために、ビデオを撮影し、微生物の近くでカルミンをピペットで注入する装置を設置して操作した。グナワルデナの実験では、カルミンは微生物に何の反応も起こさなかった。しかし、代わりの刺激源として小さなプラスチックのマイクロビーズを投げつけると、細胞はジェニングスが最初に発見したのと同じ回避メカニズムを示した。

正確な反応は、生物自体と、生物が刺激を受けた回数によって決まりました。4つの反応すべてを経た細胞もあれば、ビーズが最初に来たときにすぐに収縮して分離する細胞もありました。

「この実験で常に非常に興味深いのは、個々の細胞が私たちが通常考えているよりもはるかに複雑な行動をとることができることが明らかになったことです」とグナワルデナ氏は言う。

この研究には関わっていないミネソタ大学の生態学と進化学の教授マイケル・トラヴィサーノ氏は、私たちは通常、多細胞菌類や類人猿など、より複雑な生物にのみこの種の行動を期待していると語る。

「これは、主に行動生態学で研究されているような複雑な行動をとるために何が必要かという私たちの仮定に疑問を投げかけています」とトラヴィサーノ氏は言う。「この研究では、私たちがはるかに複雑な生物に関連付ける行動のいくつかをとる繊毛虫（繊毛虫のコロニーでさえありません）を研究しています。」

これらの細胞は、刺激を受けると単にピクピクと動くのではなく、行動を起こすことを決めるという事実に加えて、刺激を受けると細胞が収縮することを「選択」するか、泳いで逃げることを「選択」するかは、コインを投げるのとほぼ同じ確率でほぼ 50/50 であることも Gunawardena 氏は発見しました。彼の次のステップは、その理由を解明することです。

個々の細胞がある程度自律性を持っていると考えることで、病気がどのように発症するかについて新たな視点が得られる可能性があるとグナワルデナ氏は言う。「細胞についての考え方に、より生態学的かつ認知的な視点を取り入れたいと思うかもしれません。」