單細(xì)胞生物的決策

單細(xì)胞硅藻能夠根據(jù)對自身需求的評估，使其行為適應(yīng)不同的外部刺激。這是由德國耶拿的弗里德里希席勒大學(xué)和馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)研究所的科學(xué)家以及比利時(shí)的合作伙伴共同發(fā)現(xiàn)的。藻類依靠營養(yǎng)來繁殖。然而，他們還需要生殖伴侶，他們通過追隨信息素痕跡找到了這些伴侶。在實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)饑餓程度和交配需要，Seminavis robusta硅藻將其定向指向營養(yǎng)源或生殖伴侶。這代表了行為生物學(xué)的一種原始形式。該研究發(fā)表在ISME期刊上。

硅藻在海洋浮游植物中占主導(dǎo)地位，浮游植物在海洋中無處不在。在海岸和海灘上，這些藻類可以在巖石和其他表面上觀察為生物膜。硅藻是許多海洋動物的食物來源，也是極其重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的原因：它們對全球光合作用以及地球上的大氣氧氣的產(chǎn)生作出了重大貢獻(xiàn)。此外，他們被討論為生物燃料的可能生產(chǎn)者。

該硅藻 Seminavis羅布斯塔是在實(shí)驗(yàn)室行為研究的理想模式生物。該細(xì)胞應(yīng)對環(huán)境條件下，他們的性欲可以控制的。弗里德里希席勒大學(xué)儀器分析/生物有機(jī)分析教授，馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)研究所馬克斯普朗克研究員小組負(fù)責(zé)人Georg Pohnert的研究小組想知道這些小生物是否能夠決定它們是什么需要更緊急：食物或性伴侶。

為了找到答案，科學(xué)家們在不同條件下培養(yǎng)細(xì)胞。特別地，細(xì)胞面對不同量的營養(yǎng)素和性信息素。由于硅藻主要通過細(xì)胞分裂無性繁殖，如果細(xì)胞在連續(xù)分裂后變小和變小，有性繁殖可能成為它們存活的必要條件。畢竟，如果細(xì)胞變得太小并且低于最小尺寸，細(xì)胞就會死亡。硅藻還積極尋找形成細(xì)胞壁所需的營養(yǎng)。他們可以追蹤環(huán)境中的硅酸鹽礦物質(zhì)，并積極地轉(zhuǎn)向這種食物來源。最近的一項(xiàng)研究表明，它們被礦物質(zhì)的氣味所吸引(見新聞稿，石頭的氣味，2016年2月4日)。

“令人驚訝的是，即使是明顯缺乏神經(jīng)系統(tǒng)的單細(xì)胞生物也可以處理不同的刺激，甚至可以評估他們的個(gè)體需求。我們的研究表明，硅藻可以靈活地適應(yīng)環(huán)境變化。他們也根據(jù)交配需要做出不同的反應(yīng)。我們觀察到硅藻移向信息素或食物來源，取決于它們對性或營養(yǎng)的饑餓程度。到目前為止，這種決策只歸因于高等生物，“Pohnert說。

一個(gè)硅藻的決定不僅決定了單個(gè)細(xì)胞的命運(yùn)。此外，它對生物膜的動態(tài)至關(guān)重要，生物膜由無數(shù)硅藻群組成。研究人員利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出細(xì)胞密度與營養(yǎng)素(硅酸鹽礦物質(zhì))和交配伴侶(信息素)的可用性之間的相互作用?；谶@些結(jié)果，科學(xué)家們能夠解釋生物膜是如何組織的，以及為什么它們通常是不完整的并以某種模式分布。

科學(xué)家現(xiàn)在想要了解單細(xì)胞生物如何感知，處理和評估化學(xué)信號。“我們的目標(biāo)是確定相應(yīng)的受體和信號處理途徑，但鑒于我們對這些重要的微型藻類了解甚少，這將是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，”Georg Pohnert說。

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