Sinh vật đơn bào Stentor coeruleus chứng minh rằng học hỏi có thể không cần dùng tới não

Trong nhiều thập kỷ qua, giới khoa học luôn duy trì niềm tin vững chắc về giới hạn của nhận thức. Họ cho rằng quá trình học tập liên tưởng - khả năng hiểu được hai sự kiện độc lập có sự liên kết với nhau, tương tự như kích thích và phản ứng - luôn đòi hỏi sinh vật phải sở hữu một bộ máy thần kinh.

Tuy nhiên, một khám phá mới đây đã tạo ra chấn động lớn. Một sinh vật đơn bào nhỏ bé, không có chất xám và sống dưới đáy ao hồ, đang làm đảo lộn hoàn toàn giả định cốt lõi này.

Thông tin này được trích xuất từ một nghiên cứu mới, hiện đang chờ bình duyệt và xuất bản. Nghiên cứu đã chứng minh rằng ngay cả những sinh vật đơn bào, hoàn toàn thiếu vắng bộ não hoặc hệ thần kinh, vẫn sở hữu khả năng học hỏi.

Trả lời phỏng vấn qua email với Refractor, chuyên gia Samuel Gershman, một nhà khoa học thần kinh nhận thức tại đại học Harvard, đã bày tỏ sự ngỡ ngàng. Ông chia sẻ rằng kết quả này gây bất ngờ lớn, bởi lẽ trước đây chưa từng có bằng chứng cụ thể nào về học tập liên tưởng ở sinh vật này.

Hơn nữa, những bằng chứng ở các sinh vật đơn bào khác cũng luôn gây tranh cãi, do đó nhóm nghiên cứu không có cơ sở để đoán trước thí nghiệm có hoạt động hay không.

Đối tượng của nghiên cứu là loài động vật nguyên sinh Stentor coeruleus. Loài sinh vật này có hình dáng giống một chiếc kèn với chiều dài cơ thể chỉ khoảng 0,04 inch (tương đương 1 mm).

Ở một đầu, chúng sở hữu bộ phận mỏ neo gọi là đế bám để gắn chặt vào các bề mặt dưới ao. Ở đầu còn lại, cơ thể chúng có các lông mao để lọc thức ăn. Khi cảm nhận được sự xáo trộn, ví dụ như kẻ săn mồi đang đến gần, phản xạ của nó là co toàn bộ cơ thể lại thành khối hình quả cầu.

Để giải mã cơ chế học hỏi này, Gershman và các cộng sự đã tiến hành thu thập vài chục tế bào Stentor coeruleus vào trong các đĩa petri. Họ để sinh vật lắng xuống trong nhiều giờ trước khi bắt đầu kiểm tra. Các nhà khoa học đã sử dụng một thiết bị tùy chỉnh nhằm tạo ra những cú gõ chính xác vào đáy đĩa.

Ban đầu, trước những cú gõ này, hầu hết các tế bào Stentor coeruleus đều lập tức co lại để phòng vệ. Tuy nhiên, khi các cú gõ tiếp tục, số lượng tế bào phản ứng giảm dần. Hiện tượng này minh chứng các tế bào đã quen với kích thích và không còn coi đó là một mối đe dọa.

Tiếp đó, nhóm nghiên cứu giới thiệu một phương pháp mới được gọi là giao thức ghép nối. Theo đó, các tế bào nhận một cú gõ nhẹ - tạo ra phản ứng co lại rất khiêm tốn. Một giây sau đó, một cú gõ mạnh hơn sẽ được tung ra. Chuỗi giao thức này được lặp lại mỗi 45 giây - đúng bằng khoảng thời gian tế bào Stentor coeruleus cần để mở rộng trở lại.

Kết quả thu được sau 10 lần thử nghiệm đầu tiên của cặp cú gõ này thực sự kinh ngạc. Các tế bào đã lập tức co lại với cú gõ nhẹ, dù phản ứng này sau đó dần suy yếu qua nhiều thử nghiệm. Gershman khẳng định điều này cho thấy các tế bào riêng lẻ cũng có khả năng thực hiện các thuật toán học tập không hề đơn giản.

Khám phá này mang tiềm năng thay đổi hoàn toàn cách chúng ta tư duy về lịch sử tiến hóa của việc học. Các hình thức học tập tiên tiến ở loài này có nguồn gốc cổ xưa và có thể đã xuất hiện trước cả khi hệ thống thần kinh phức tạp tiến hóa. Gershman đặt câu hỏi gợi mở rằng liệu học tập liên tưởng có thực sự xuất hiện lần đầu ở sinh vật đa bào có não hay không, và ông tin rằng có lẽ là không.

Chuyên gia này kết luận, sự tồn tại của nhiều điểm tương đồng giữa các tế bào đơn lẻ này và các tế bào thần kinh trong não bộ con người gợi ý rằng não bộ của chúng ta có thể vẫn đang sử dụng những cơ chế học tập nguyên thủy giống như ở các tế bào đơn lẻ. Nghiên cứu đột phá này đã được công bố trên BioRxiv.