曾经，单细胞生命独霸地球。

在大约 30 亿年的时间长河里，一代代单细胞生物只在彼此之间进食、生长和繁殖，在地球上的每个生态位上形成复杂而动态的生态系统。直到大约 6 亿年前，一些单细胞生物才跨越了多细胞生物的界限。

在今天，单细胞生物是原始和简单的代名词。然而，一项最新研究表明，这些单细胞生物的能力可能远远超出它们的远亲人类的想象。

哈佛医学院的系统生物学家通过重复一个多世纪前进行的一项实验，现在拿出了令人信服的证据，证明至少一种名为 Stentor roeselii 的单细胞生物，具有复杂多样的行为策略。

研究人员表示，反复暴露在相同的刺激下，机体实际上可以就如何应对 “改变主意”，这表明它们有能力做出相对复杂的决策过程。研究结果在线发表在 12 月 5 日的《当代生物学》(Current Biology) 上。

图 | S. roeselii 在收缩（来源：Bill Porter/Harvard Medical School）

“我们的发现表明，单个细胞比我们通常认为的要复杂得多，”本次研究作者、哈佛大学布拉瓦特尼克研究所 (Blavatnik Institute at HMS) 系统生物学副教授 Jeremy Gunawardena 说，而这种复杂性在进化上是有道理的。

“像 S. roeselii 这样的生物在多细胞生物出现之前，就是食物链顶端的食肉动物，它们在许多不同的水生环境中分布极为广泛。它们必须聪明地弄清楚应该避免什么，在哪里吃，以及生物体为了生存必须做的所有其他事情。我认为很明显，他们可以用复杂的方法来做到这一点。”Gunawardena 说。

时隔一个世纪的实验

100 多年前，一位名叫 Herbert Spencer Jennings 的美国著名动物学家描述了一种名叫Stentor roeseli 的单细胞淡水原生生物复杂多样的回避行为。但是后来相关的实验未能重现他所看到的景象，他的说法便遭到质疑并被搁置一边。

10 年前，在英国生物学家 Dennis Bray 的一次演讲中，Herbert Spencer Jennings 在 1906 年发表的著作《低等生物的行为》中有一个特别的实验引起了 Gunawardena 的注意。

Jennings 当时正在研究广泛分布的淡水原生生物 S. roeselii。这些单细胞生物以其相对较大的体积和独特的喇叭状身体而著称。在这种生物的表面和喇叭 “钟” 上布满了被称为纤毛的毛发状突起，能够用来游动，并在周围的液体中产生漩涡，把食物扫进它们的“嘴里”。在它们身体的另一端，它们藏匿着一个抓握器，这个抓握器把它们与周围固定在一起，使它们在进食时保持静止。

图 | S. roeselii（来源：Current Biology）

Jennings 用显微镜、移液管和稳定的抓手仔细记录了 S. roeselii 在接触环境刺激物（一些粉末）时的行为。Jennings 观察到一系列有序的行为，通常情况下，S. roeselii 会反复弯曲身体以避免粉末，如果刺激持续，它会逆转纤毛的运动，用嘴巴将这些粉末驱逐。如果这个方法也失败了，它就会收缩，迅速地把自己拉紧，像一些无脊椎动物缩回壳里一样。最后，如果之前所有的努力都失败了，S. roeselii 就会挣脱束缚，快速游走。

这些行为构成了一个有序的策略，单细胞生物根据优先级不断改变应对方式。这一观察结果表明，这种单核细胞生物，具有一些已知的最复杂的行为。

这个实验引起了广泛的兴趣，但随后的重复试验，尤其是 1967 年发表的一项研究，都没有成功。这也导致 Jennings 的发现在很大程度上遭到现代科学的质疑和遗忘。

大获成功的 “兼职” 项目

就像原本生活在一个完全适宜居住的水坑里的生物一样，突然出现的粉末刺激让 Gunawardena 感到不太舒服，于是他决定追踪 1967 年的那项研究。

结果令他惊讶的是，他发现那些后来重复 Jennings 实验的研究者，由于无法找到 S. roeselii，便使用了另一种不同的物种 Stentor couleus，而这种单细胞生物它更喜欢四处漂浮，而不是主动吸附食物。

Gunawardena 认为，他们没能重现实验结果也就不足为奇了。于是，他试图准确地复制 Jennings 当年的实验。但作为管理着一所专注于分子信息处理医学实验室的数学家，他发现很难说服身边人。

“我一直在我的实验室小组会议上提出这个想法，说它告诉我们一些关于单细胞的能力。我们不再以这种方式思考细胞是如何工作的，不出所料，没有人感兴趣。这是古老的历史，这是描述性的生物学，所有这些年轻、聪明的学生都不愿接触的东西。”Gunawardena 说。

大约八年前，一名本科实习生 Joseph Dexter 也被这个想法所吸引，后来他成为 Gunawardena 的博士生，现在是英国达特茅斯大学 Neukom 计算科学研究所的研究员。Gunawardena 的坚持，最终让 Dexter 的同事、现为英国剑桥大学研究组组长的 Sudhakaran Prabakaran 对这一发现也产生了兴趣。

由于无法抑制的好奇心和历史感，在没有正式资助的情况下，他们三人开始了一个历时数年的副业项目。

Dexter 和 Prabakaran 设计并进行了实验，他们的第一个挑战是找到 S. roeselii。他们到处寻找，甚至跑到当地的池塘里搜寻。最终，他们在英国找到了一家供应商，这家供应商从一个高尔夫球场的池塘采购生物，然后把它们运到大西洋对岸。

研究小组建立了一个实验装置，装备了视频显微镜和微定位系统，以准确地传送刺激物到 S. roeselii 的 “嘴巴” 附近。他们最初使用胭脂红粉，但几乎没有反应，经过反复试验，发现微型塑料珠是有效的。

令他们高兴的是，这三人成功地再现了 Jennings 百年前曾经描述过的所有行为。

但是，他们并没有看到 Jennings 所记录的熟练有序的行为层次。相