单细胞的细菌可能并非我们想象得那么简单。美国科学家近日研究发现，大肠杆菌等细菌具有某种形式的“学习”能力，它们能够发展出“预期”生存环境变化的能力。与那些只会简单地通过改变自己以适应当前环境的细菌相比，这一技能将使它们具有更大的生存优势。相关论文5月8日在线发表于《科学》（Science）杂志上。

 

领导此次研究的是美国普林斯顿大学的Saeed Tavazoie。研究人员利用计算机模型模拟了细菌的进化，并在实验室中培育大肠杆菌：首先将温度从25摄氏度提高到37摄氏度，然后将氧含量从20%降低到零。研究人员监控了几百代细菌的反应，结果发现，几周之后，细菌已经“学会”预期氧气的下降，即温度一改变它们就会调整自己的代谢。这说明，大肠杆菌能够发展出将高温（如人类口腔内）与缺氧（如人类肠道内）建立联系的能力。

 

Tavazoie表示，结果令人十分意外。近百年来，关于细菌行为的流行观点是动态平衡（homeostasis），即认为细菌对环境刺激的反应是以一种作用-反作用的方式进行的。“我们发现动态平衡并不能解释所有的情况”，他说，细菌对当前环境条件的反应要复杂得多，它们能“预期”未来的条件。

 

Tavazoie说，这是细菌具有联想学习的首个证据，这种反应与巴甫洛夫条件反射作用（条件反射训练后，狗闻铃声便分泌过量唾液）相似。当然，这并不是说单细胞的细菌与狗或人具有相同的学习方式。他说：“人或狗的联想学习跨越整个生命周期，并且包括对脑部神经元之间连接强度的修正；而细菌的学习要经过很长时间的进化过程，包括基因网络之间连接的改变。”

 

Tavazoie认为，此次研究对于处理细菌感染和抗药性具有潜在的意义。另外，预见细菌的行为可能还有助于指导酿造等依赖它们的工业过程。（科学网 梅进/编译）

 

（《科学》（Science），DOI: 10.1126/science.1154456，Ilias Tagkopoulos，Saeed Tavazoie）