“學(xué)好知識(shí)需要?jiǎng)幽X子”這是大家都知道的常識(shí),，對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)的物質(zhì)基礎(chǔ)是大腦, 有一個(gè)健康的大腦,，才能快速地掌握新知識(shí)和新技能,。

不過(guò)對(duì)蝸牛、水母和海星的實(shí)驗(yàn)表明,，這些沒(méi)有大腦的生物,，竟然也有學(xué)習(xí)能力。然而,，這也算不上什么稀奇事,，因?yàn)檫@些動(dòng)物雖說(shuō)沒(méi)有大腦，但體內(nèi)還是有神經(jīng)細(xì)胞的,，簡(jiǎn)單的神經(jīng)元構(gòu)造同樣賦予了它們基本的學(xué)習(xí)能力,。

真正讓人稱奇的是地球上大多數(shù)生命既沒(méi)有大腦,，也沒(méi)有神經(jīng)細(xì)胞，它們竟然具備學(xué)習(xí)記憶功能,！

會(huì)學(xué)習(xí)的單細(xì)胞生物

黏菌,，是一種單細(xì)胞生物，它們介于動(dòng)物和真菌之間,，喜愛(ài)生活在陰暗潮濕的森林地區(qū),。當(dāng)食物充足時(shí)，黏菌會(huì)以單一細(xì)胞的形式存在,，但大多數(shù)情況下,，許多原本分開(kāi)生活的黏菌會(huì)聚集在一起，形成一團(tuán)超級(jí)細(xì)胞,。

這一團(tuán)超級(jí)細(xì)胞是由上千個(gè)細(xì)胞核組成,，細(xì)胞核共享同一個(gè)細(xì)胞壁，其體表面積最大的能達(dá)到幾平方米,。黏菌就靠著這種抱團(tuán)作戰(zhàn)形式,，自由地改變形狀，以及像動(dòng)物一樣四處爬動(dòng)覓食,，當(dāng)然它們的速度不會(huì)太快,，一小時(shí)最快的速度是移動(dòng)了4厘米。

2016年,，法國(guó)圖盧茲大學(xué)的研究者在她的實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿里培育了一些黏菌,，并為它們準(zhǔn)備了它們最愛(ài)的食物—燕麥片。不過(guò),，為了吃到燕麥片,，黏菌需要爬過(guò)一座小橋。

隨后,，研究者在這座小橋上灑上了一點(diǎn)咖啡因,，其濃度雖然沒(méi)有高到能夠傷害黏菌，也足以阻止它們向食物前進(jìn),。就像研究者預(yù)測(cè)的,，由于中途殺出了這個(gè)程咬金，黏菌在越過(guò)小橋前,，停頓了數(shù)小時(shí),，隨后，在美食的誘惑下,，它們還是繼續(xù)前進(jìn)了,。

隨著時(shí)間的推移，在下次實(shí)驗(yàn)中，黏菌開(kāi)始以更快地速度跨過(guò)橋,，幾天后,，黏菌已經(jīng)完全忽視了咖啡因，在跨橋前不再猶豫,。即便有一段時(shí)間黏菌們不再接觸咖啡因,，它們依舊不會(huì)再害怕這種化學(xué)物質(zhì)，這就說(shuō)明黏菌知道從以往的經(jīng)驗(yàn)中汲取教訓(xùn),，調(diào)整自己的行為,，它們已經(jīng)學(xué)會(huì)了忽略不相關(guān)的刺激物，專注于重要的信息,。

在心理學(xué)上,，這種行為是人類的一種重要的學(xué)習(xí)形式—習(xí)慣。此前,，研究者們認(rèn)為只有高等動(dòng)物和人類才具有這一技能。沒(méi)有神經(jīng)元的黏菌是如何做到的呢,？

記憶藏在基因中

一種猜測(cè)是記憶實(shí)際上儲(chǔ)存在基因里,。

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，神經(jīng)學(xué)科的主流觀點(diǎn)是神經(jīng)元相接的地方—突觸是大腦的信息交換和儲(chǔ)存的場(chǎng)所,，不過(guò),，新的研究顛覆了這一結(jié)果。

美國(guó)加利福利亞大學(xué)洛杉磯分校的研究者們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),，他們事先對(duì)海兔進(jìn)行反復(fù)電刺激,，使其形成記憶，并形成新突觸,。隨后,，研究者用藥物清除了這一突觸，毫不奇怪,，海兔的記憶消失了,。但隨后，當(dāng)研究者們?cè)俅斡梦⑿〉碾姌O探針觸及海兔的神經(jīng)元時(shí)（這一神經(jīng)元與之前的電擊記憶相關(guān)）,，突觸又長(zhǎng)出來(lái)了,，海兔的記憶又恢復(fù)了。

還有一些實(shí)驗(yàn)表明,，被斬首的渦蟲(chóng)在長(zhǎng)出新的大腦后,，記憶仍然存在。研究者據(jù)此認(rèn)為,，記憶實(shí)際上是儲(chǔ)存在基因中,，而不是突觸中，而且這一記憶是由黏在DNA上的分子改變了基因的表達(dá)方式而形成的,。比如把一種叫做甲基團(tuán)的化學(xué)物質(zhì)像帽子似地戴在我們DNA上,，就會(huì)使某些基因失去活性,。

再拿黏菌來(lái)說(shuō)，當(dāng)黏菌在森林中爬行時(shí),，會(huì)依靠其表面的化學(xué)受體來(lái)感知路徑上的物質(zhì),。如果它聞到了一些有吸引力的東西，比如食物,，它會(huì)迅速地蠕動(dòng),，向食物源靠近。而毒素會(huì)引起相反的反應(yīng),，導(dǎo)致黏霉減慢它的節(jié)律性的蠕動(dòng),，以避免潛在的傷害。在多次咖啡因刺激過(guò)后,，黏菌的DNA甲基化會(huì)改變受體的基因表達(dá),，提高受體對(duì)咖啡因的忍耐值，導(dǎo)致黏菌再次遇到這樣的刺激后不會(huì)發(fā)生行為反應(yīng),。所以黏菌并不需要一個(gè)神經(jīng)元系統(tǒng)來(lái)學(xué)習(xí),。

實(shí)際上黏菌還有一項(xiàng)非凡本領(lǐng)—“傳授經(jīng)驗(yàn)”。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中,，研究者教會(huì)一組黏菌跨越撒有無(wú)害的鹽的橋梁,，黏菌很快就適應(yīng)了有鹽的橋梁。同時(shí),，讓另外一組黏菌跨越?jīng)]有鹽的橋梁,，它們被稱之為無(wú)經(jīng)驗(yàn)組。隨后,，研究者將有經(jīng)驗(yàn)組,、無(wú)經(jīng)驗(yàn)組的黏菌融合在一起，讓它們跨越撒了鹽的橋梁,。令人驚訝的是,，混合組黏菌和有經(jīng)驗(yàn)組的移動(dòng)速度一樣快。三個(gè)小時(shí)后,，當(dāng)研究者又拆開(kāi)混合組,，無(wú)經(jīng)驗(yàn)組的黏菌仍然不再畏懼鹽，就好像有經(jīng)驗(yàn)組掌握的鹽無(wú)害的知識(shí)已經(jīng)傳授給它們一樣,。

想象一下,，你可能會(huì)暫時(shí)與別人融合，獲得該人的知識(shí),，分開(kāi)后再次成為獨(dú)立的個(gè)體,，你已經(jīng)獲得了這一知識(shí)。這是多么難以想象的事情，但是在黏菌那兒真的發(fā)生了,！

一些人猜測(cè)在黏菌融合期間,，兩組的基因的表達(dá)方式發(fā)生了交換，導(dǎo)致無(wú)經(jīng)驗(yàn)組的黏菌有了學(xué)習(xí)能力,。但黏菌們沒(méi)有像人類那樣用來(lái)整合和調(diào)節(jié)身體行為的中樞神經(jīng)系統(tǒng),，它們又是如何讓各個(gè)細(xì)胞的行為表現(xiàn)出一致性的呢？這一點(diǎn)研究者們目前還沒(méi)法解釋,。

含羞草的啟示

實(shí)際上,，不只是黏菌會(huì)學(xué)習(xí)，就連植物也會(huì)學(xué)習(xí),。幾年前,，研究者做了一個(gè)跟含羞草有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。他們反復(fù)地把一盆含羞草從15厘米高的地方,，扔到軟著陸墊上,，這樣的高度并不會(huì)傷害到含羞草。

剛開(kāi)始當(dāng)含羞草受到干擾時(shí),，它們會(huì)恐懼地卷曲葉子,。但經(jīng)歷了大約五次類似的事件后，它們似乎“知道”自己不會(huì)受傷,，停止卷曲葉子，學(xué)會(huì)忽略這種刺激,。即使實(shí)驗(yàn)停止了一個(gè)月后,，類似的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)時(shí)，它們也記住了教訓(xùn),，沒(méi)有做出任何回應(yīng),。

這說(shuō)明含羞草也有學(xué)習(xí)能力。

隨后,，研究者想知道植物是否能夠?qū)⒋碳づc獎(jiǎng)勵(lì)聯(lián)系在一起,，就像巴甫洛夫的狗學(xué)會(huì)把食物和鈴聲聯(lián)系起來(lái)一樣。

由于植物會(huì)自發(fā)地向光生長(zhǎng),，所以為了訓(xùn)練豌豆植物幼苗,，研究者將一些豌豆植物放在黑暗中，然后讓一束光從一個(gè)方向照射它們,，而電扇會(huì)從另外一個(gè)方向吹它們,。另外一些豌豆植物幼苗則會(huì)在同一邊被光以及風(fēng)刺激。

訓(xùn)練結(jié)束后,，研究者移走光源,，只留下電扇。研究結(jié)果表明，那些習(xí)慣了同一邊感受光線和風(fēng)的植物,，生長(zhǎng)方向會(huì)朝向風(fēng)的那一邊,。而那些在不同方向感受風(fēng)和光線的植物，生長(zhǎng)方向會(huì)慢慢遠(yuǎn)離風(fēng)吹的那一邊,。植物們似乎學(xué)會(huì)了將風(fēng)與光亮聯(lián)系起來(lái),。

那么，植物們是如何做到的呢,？

動(dòng)物之所以能夠?qū)⒉煌氖挛锫?lián)系在一起,，是因?yàn)樗鼈兊纳窠?jīng)細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)叫做NMDA受體的分子，這一受體幫助被同時(shí)刺激的神經(jīng)元之間建立聯(lián)系,。所以在植物里,，應(yīng)該也有相似的分子機(jī)制，能夠讓植物記住一些經(jīng)驗(yàn),。

對(duì)人類的益處

雖然現(xiàn)在科學(xué)家們還沒(méi)法完全弄懂沒(méi)有大腦的生物究竟是如何學(xué)習(xí)的,，但也受到了不少啟發(fā)。

比如,，有許多對(duì)人類來(lái)說(shuō)非常致命的單細(xì)胞生物,，它們屬于和黏菌一樣的群體，很有可能也具備簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)能力,，弄懂這些病原體是如何學(xué)習(xí)的,，或許有利于我們找到新的策略對(duì)付它們。

另外,，科學(xué)家們也可以改善人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是基于赫布理論（描述突觸如何可塑的基本原理）構(gòu)建的，這一理論經(jīng)常會(huì)被總結(jié)為“一起激發(fā)的神經(jīng)元連在一起”,，也就是當(dāng)一些神經(jīng)元同時(shí)被激活時(shí),，突觸會(huì)變得更強(qiáng)。但黏菌的學(xué)習(xí)能力啟示著我們,，也許在構(gòu)建人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí),，影響基因表達(dá)方式的小分子的作用也應(yīng)該考慮進(jìn)來(lái)。

另外一個(gè)更有意思的啟發(fā)是,，如果黏菌們通過(guò)融合,，可以互相學(xué)習(xí)，動(dòng)物們會(huì)出現(xiàn)類似的情況嗎,？

早在半個(gè)多世紀(jì)前,，美國(guó)密歇根大學(xué)的研究者詹姆斯·麥康諾就提出了這一猜想，他認(rèn)為會(huì),。他訓(xùn)練了一批渦蟲(chóng),，通過(guò)反復(fù)電擊它們,，讓它們害怕光照，一感受到光照就抽搐,。然后他把它們磨碎,，喂給那些沒(méi)有受過(guò)訓(xùn)練的渦蟲(chóng)吃。隨后,，研究結(jié)果表明當(dāng)燈亮的時(shí)候,，這些沒(méi)有受過(guò)訓(xùn)練的渦蟲(chóng)也會(huì)抽搐。

麥康諾相信這是因?yàn)楸挥?xùn)練過(guò)的渦蟲(chóng)的記憶是儲(chǔ)存在小分子—核糖核酸（RNA）里,，這一分子隨后進(jìn)入了未受訓(xùn)練的渦蟲(chóng)體內(nèi),，使其具備記憶能力。不幸的是,，現(xiàn)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)法被復(fù)制,。

然而，今天的科學(xué)家們已經(jīng)認(rèn)可小分子RNA可以調(diào)控基因表達(dá),，調(diào)動(dòng)記憶,，它們也是記憶遺傳的關(guān)鍵。美國(guó)加州大學(xué)的研究者格蘭茨曼認(rèn)為如果轉(zhuǎn)移一個(gè)動(dòng)物大腦的RNA到另外一個(gè)動(dòng)物的大腦中,，原則上應(yīng)該也會(huì)轉(zhuǎn)移部分記憶,。

如果真是這樣的話，也許會(huì)大大改變我們對(duì)記憶的定義,，并且終有一天,，我們將有可能實(shí)現(xiàn)記憶移植。

小貼士

“沒(méi)腦子”的生物顯絕技

一些生物只有很小的腦子,，或者干脆沒(méi)有大腦,，但依舊展示出了驚人技能。

黏菌:0神經(jīng)元 

研究者曾在實(shí)驗(yàn)桌上擺上了燕麥片,，然后將黏菌放在一片中心燕麥片上，看黏菌如何覓食,。黏菌以分支結(jié)構(gòu)扇形展開(kāi),，每經(jīng)過(guò)一個(gè)地方發(fā)現(xiàn)食物時(shí)，它的黏液就會(huì)形成一條通道,，然后繼續(xù)覓食,。最終，黏菌建成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的連接了所有燕麥片的通道系統(tǒng),，通過(guò)這一通道系統(tǒng),，黏菌源源不斷地獲取燕麥片中的營(yíng)養(yǎng)。

這一點(diǎn)看起來(lái)沒(méi)什么了不起,，但研究者不是隨意擺放這些燕麥片的,，中間最大的一塊燕麥片實(shí)際上代表著東京,，其他的燕麥片都是按照東京周圍的城市擺放的。今天,，東京鐵路系統(tǒng)是世界上最高效,、布局最合理的系統(tǒng)之一，耗費(fèi)了人類工程師們上百年的精力才建造而成,，但黏菌只用26個(gè)小時(shí),，就復(fù)制出了東京交通網(wǎng)絡(luò)，而且更優(yōu)化?，F(xiàn)在研究者們正在利用黏菌,，為世界各國(guó)的首都設(shè)計(jì)最優(yōu)城市交通網(wǎng)絡(luò)。

箱型水母: 約1.3萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元

箱型水母,，是目前已知演化程度最高的水母,。它們有24個(gè)眼睛，主要用其中4個(gè)眼睛導(dǎo)航,，這些眼睛能夠360度旋轉(zhuǎn),，并能透過(guò)光線亮度的差異，感知水中物體的顏色和形狀,。

淡水蝸牛: 2萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元

僅僅使用兩個(gè)神經(jīng)元,，淡水蝸牛就能決定它是否進(jìn)食。第一種神經(jīng)元傳達(dá)相關(guān)信息,，如是否發(fā)現(xiàn)食物,，第二種神經(jīng)元，讓蝸牛知道自己是否餓了,。只有兩個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞同時(shí)反饋信息,，才能使蝸牛在合適的時(shí)間內(nèi)進(jìn)食。

果蠅: 25萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元

比起不同的氣味,，果蠅會(huì)花更長(zhǎng)的時(shí)間辨別非常相似的氣味,，研究者認(rèn)為它們這是在收集信息，以做出更好的選擇,，是典型的 “三思而后行”,。

大黃蜂: 100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元 

研究者曾準(zhǔn)備了一個(gè)帶有細(xì)繩的圓盤(pán)，圓盤(pán)上裝有大黃蜂喜愛(ài)吸食的糖水,，但圓盤(pán)被透明蓋子罩住了,，如果大黃蜂想吸食糖水，就必須拉動(dòng)繩子,，把圓盤(pán)從蓋子中拉出來(lái),。研究表明，60%的大黃蜂能通過(guò)觀看其他大黃蜂如何拉繩取食糖水,，學(xué)會(huì)這種方法,。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,，大黃蜂還可以學(xué)會(huì)如何將一個(gè)小球移動(dòng)到一個(gè)特定的位置上。