Stentor stipatus：一种表现出习惯化与独特向光性的新的单细胞物种

单个细胞中令人惊讶的“心智”

大多数人把单细胞生物想象成简单的滴状体，但其中一些的行为看起来竟然类似记忆、决策，甚至日夜睡醒节律。本文介绍了Stentor stipatus，一种新发现的淡水微生物，个体足够大以裸眼可见，且表皮下密布绿色藻类。它在马萨诸塞州科德角一处铁锈色沼泽水体中被发现，这个单细胞能学会忽略反复的轻触，并且会根据一天中的时间向光或避光游动，为在无大脑的情况下如何产生复杂行为提供了难得的窗口。

来自铁锈沼泽的新巨型细胞

故事始于连接科德角两眼池塘的富含铁的白杉沼泽。研究者注意到，黑暗、游动迅速、喇叭状的细胞在浑浊水面的日照斑块中聚集。显微镜下，这些生物与已知的Stentor属成员相似，后者以体积大和剧烈收缩著称。团队发现这些新个体按Stentor标准算小——大约0.2毫米长，呈扁平的泪滴或西瓜子形。它们生活在腐败的植物残骸间，常一端附着在叶片或碎屑上，但受惊时会迅速脱落并冲走。它们偏好的生境含溶解铁异常偏高，这对近缘物种来说似乎苛刻，暗示S. stipatus可能特别适应这一挑战性的生态位。

绿色外衣与隐匿色素

进一步观察揭示了引人注目的体结构。S. stipatus的外层被一排排细小的绿色藻体密密覆盖，赋予细胞整体的绿色外观。在这层藻体之下散布着红褐色颗粒，尤其在深处那个圆形细胞核周围更为集中。荧光成像证实，藻体形成一条紧密的皮下带，而较暗的颗粒在遗传控制中心附近聚集，仿佛细胞披着一件既能保护又让共生体感知光线的斗篷。由于藻体高度荧光且紧贴皮层，这个系统为研究宿主细胞如何在三维空间定位其共生伙伴和色素提供了天然模型。

证明它确为新物种

初看之下，S. stipatus可能被误认为已知的红色丰富、尺寸相近的物种Stentor amethystinus。为检验这一沼泽生物是否真正不同，研究者从多枚个体中测序了标准的核糖体DNA片段，并将其与已有的Stentor序列比较。利用进化树构建方法，他们发现S. stipatus构成了自身的、有力支持的分支，虽与S. amethystinus和另一种绿色物种S. pyriformis接近但明显分离。S. stipatus与S. amethystinus之间的遗传距离与其他已被接受的Stentor物种间的距离相当，这证实它并非仅仅是局部变体，而很可能是生命名录中的真正新成员。

从反复触碰中学习并追随光线

行为是这个单细胞真正闪光的地方。与其近缘种类似，S. stipatus在受到机械震动时会迅速进行全身收缩，这可能是对捕食者的逃避反应。利用自动敲击装置，团队持续施加机械刺激并记录随时间响应的细胞数量。起初大多数S. stipatus细胞会收缩，但大约一小时内它们的反应急剧下降——尽管敲击仍在继续。这种模式称为习惯化，是一种简单的学习形式，即生物体对重复且无害的刺激停止反应。与研究较多的物种Stentor coeruleus相比，S. stipatus对相同力度的刺激不那么敏感，并更快产生习惯化，提供了一个新的比较模型，用以探究单细胞如何“屏蔽”背景噪声。

依靠内时钟运行的活体罗盘

S. stipatus对光也有强烈的吸引性。在一端装有光源的定制培养室中，大多数细胞快速向更亮的一侧游动，表现出高向光指数和明确的定向运动路径。研究者测试不同波长光时发现，细胞对较广的波段都有反应，对橙黄光有强烈吸引，在绿色及可能的蓝绿波段有次要峰值。然而，这种趋光性并非恒定。在保持12小时光/12小时暗的培养中，细胞在黎明前几乎不趋光，中午前后趋光性达到很强峰值，傍晚则下降并在夜间甚至逆转偏好，变得略有避光性。这种升降先于外界光照的变化，提示细胞可能使用内在时钟，而不仅仅是被动响应当前条件。

来自旋转细胞与色素重排的线索

为探究藻体与色素的内在布置如何影响行为，团队对S. stipatus进行了高速离心。离心后的细胞并未失去藻体，但其内部物质发生偏移，使一侧充满绿色和深色物质，而另一侧变得透明。在均匀微弱光照下，这些细胞能够正常游动，但在明亮的定向光束下它们绕着紧密的圆圈游动，而不是直接朝光前进。大约十分钟内，色素和藻体逐渐重新散布覆盖整个细胞，通常的笔直螺旋式向光游动恢复。固定图像确认藻体曾被重新分配到一侧，随后又重新获得均匀覆盖，支持了藻体与色素相对位置有助于决定细胞如何感光并调整航向的观点。

这株单细胞为何重要

综上，这些发现确立了Stentor stipatus作为一种在形态、栖息地和行为上都独具一格的新物种。它披着一件活的藻衣，可能对富铁水体有特殊耐受性，能学会忽略反复的触碰，并在一天中改变其光引导的游动，暗示存在内在时间调控。对于没有神经系统的单细胞来说，这一系列能力令人惊讶。通过将S. stipatus与其他Stentor物种比较，研究者希望揭示细胞如何构建复杂体制、管理共生伙伴、应对污染环境以及产生在动物中归因于大脑与钟表的行为的基本规律。简言之，这个卑微的沼泽居民为探索在单个细胞内可以容纳多少“智能”提供了一个强有力的新模型。

引用: Rajan, D.H., Lee, B., Albright, A. et al. Stentor stipatus is a new unicellular species that demonstrates habituation and unique phototaxis. Sci Rep 16, 9984 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40277-0

关键词: Stentor stipatus, 单细胞行为, 向光性, 习惯化, 原生生物生态学