一种名为喇叭虫（Stentor coeruleus）的巨大单细胞生物，没有神经细胞，更不用说大脑，却能表现出类似学习的行为。当被反复轻微震动时，喇叭虫最终会习惯化——停止收缩其尾部（一种防卫反应）。研究人员通过构建自动化震动装置，结合药物干预、蛋白质组学和转录组学分析，揭示了喇叭虫习惯化的分子机制： - 震动导致钙离子内流，进而激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）（与人类神经元中用于加强突触的同一酶），通过磷酸化修饰现有蛋白质（主要是机械感受器），降低其对震动的敏感性。
- 与动物神经元长期记忆通常需要新蛋白质合成不同，阻断喇叭虫的蛋白质合成反而加速了习惯化（表明其依赖蛋白质修饰而非从头合成）。
- 习惯化记忆可以在细胞分裂后传递给子细胞（表明存在非基因组的记忆遗传）。
习惯化范式与喇叭虫的学习| 刺激类型（实验设置） | 喇叭虫的典型反应 | 机制（学习/非学习） | 分子背景 |
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| 震动（每分钟一次） | 早期：收缩尾部（防卫反应），弹性恢复到静止长度。 | 基线敏感性（反应重演）。 | 机械敏感离子通道开放。 | | 震动（每分钟一次） | 后期：不收缩（习惯化，“学会”忽略无害刺激）。 | 学习（非联想性习惯化）。 | 钙离子内流→CaMKII激活→磷酸化降低机械感受器的敏感性。 |
核心发现：蛋白质修饰与CaMKII的作用机制| 实验操作 | 对习惯化学习的影响 | 解释 |
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| 环己酰亚胺/嘌呤霉素（蛋白质合成抑制剂）。 | 加速习惯化（学习更快）。 | 喇叭虫的长期记忆不需要新蛋白质合成；相反，它可能重新分配资源用于现有蛋白质的磷酸化。 | | KN-93（CaMKII抑制剂）。 | 损害习惯化（学习更慢，程度更低）。 | CaMKII的活性必要。 | | 增加细胞外钙离子。 | 改善学习（习惯化更快）。 | 钙内流是触发信号。 | | CaMKII敲低（RNA干扰， SteCoe_6763）。 | 加速习惯化。 | 表明特定的钙结合蛋白调节学习。 | | 细胞分裂（学习后）。 | 习得的行为在子细胞中持续存在。 | 非基因组记忆的跨代遗传（可能通过蛋白质修饰的持久性）。 |
对神经科学和进化的影响这项研究挑战了“学习需要神经系统”的传统观念，表明单细胞生物已经演化出基于CaMKII信号通路的分子学习机制。CaMKII在人类神经元中参与突触可塑性和记忆形成，而喇叭虫利用同一酶进行习惯化，提示学习机制的古老进化起源。此外，记忆通过细胞分裂传递的现象，为理解非基因组信息遗传提供了新视角。该研究发表在《自然·通讯》上，为探索无神经系统的生物智能开辟了新途径。 (责任编辑：泉水) |