Otak Tidak Diperlukan: Sel Menunjukkan Kemampuan Belajar yang Mengejutkan

Sebuah studi baru menunjukkan bahwa bahkan organisme bersel tunggal yang sederhana, seperti ciliata dan amuba, menunjukkan pembiasaan, suatu bentuk pembelajaran dasar yang sebelumnya dianggap eksklusif untuk makhluk yang lebih kompleks.

Pengungkapan ini tidak hanya mengubah pemahaman kita tentang kemampuan seluler tetapi juga membuka kemungkinan penerapan dalam imunologi kanker, menunjukkan bahwa sel-sel kekebalan kita mungkin diprogram ulang untuk mengenali dan menyerang sel-sel kanker dengan lebih baik.

Seekor anjing belajar duduk sesuai perintah. Seseorang mengabaikan dengungan mesin cuci sambil asyik membaca buku. Kemampuan untuk belajar dan beradaptasi merupakan landasan evolusi dan kelangsungan hidup.

Habituasi, yang merupakan sepupu adaptasi yang lebih sederhana, melibatkan berkurangnya respons terhadap suatu stimulus setelah paparan berulang kali. Bayangkan membutuhkan espresso ketiga untuk mencapai kewaspadaan yang sama seperti yang diberikan oleh satu suntikan.

Menemukan Pembiasaan pada Organisme Sederhana

Sampai saat ini, pembiasaan – suatu bentuk dasar pembelajaran – dianggap terbatas pada organisme kompleks yang memiliki otak dan sistem saraf, seperti serangga, burung, mamalia, dan cacing.

Namun penelitian baru dipublikasikan hari ini (19 November) di Biologi Saat Ini mengungkapkan bukti kuat bahwa bahkan organisme bersel tunggal seperti ciliata dan amuba—dan bahkan sel-sel di dalam tubuh kita sendiri—dapat menunjukkan pembiasaan serupa dengan yang terlihat pada makhluk yang dilengkapi otak.

Penelitian yang dipimpin oleh para ilmuwan di Harvard Medical School dan Center for Genomic Regulation (CRG) di Barcelona, ​​menunjukkan bahwa sel tunggal mampu melakukan perilaku yang lebih kompleks daripada yang diperkirakan saat ini.

“Temuan ini membuka misteri baru yang menarik bagi kita: Bagaimana sel tanpa otak mengelola sesuatu yang begitu kompleks?” kata penulis senior studi Jeremy Gunawardena, profesor biologi sistem di Blavatnik Institute di HMS. Dia memimpin penelitian bersama Rosa Martinez Corral, mantan peneliti pasca doktoral di labnya yang sekarang memimpin kelompok penelitian di bidang sistem dan biologi sintetik di CRG.

Hasilnya menambah sejumlah kecil penelitian yang terus berkembang mengenai hal ini. Penelitian sebelumnya yang dipimpin oleh Gunawardena menemukan bahwa ciliate bersel tunggal menunjukkan perilaku menghindar, tidak seperti tindakan yang diamati pada hewan yang menghadapi rangsangan tidak menyenangkan.

Dalam video ini, penghuni kolam bersel tunggal bernama Stentor roeselii menunjukkan tanda-tanda perilaku menghindar, seperti yang dilaporkan dalam penelitian sebelumnya yang dipimpin oleh Gunawardena. Studi baru menunjukkan organisme ini juga mampu melakukan pembiasaan.

Model Tingkat Lanjut Mengungkapkan Memori Seluler

Alih-alih mempelajari sel di laboratorium, para ilmuwan menggunakan pemodelan komputer canggih untuk menganalisis bagaimana jaringan molekuler di dalam sel ciliate dan mamalia merespons pola rangsangan yang berbeda. Mereka menemukan empat jaringan yang menunjukkan ciri-ciri pembiasaan yang terdapat pada otak hewan.

Jaringan-jaringan ini memiliki ciri yang sama: Setiap jaringan molekuler memiliki dua bentuk penyimpanan “memori” yang menangkap informasi yang dipelajari dari lingkungan. Satu memori melemah jauh lebih cepat dibandingkan yang lain – suatu bentuk kehilangan memori yang diperlukan untuk pembiasaan, catat para peneliti. Temuan ini menunjukkan bahwa sel tunggal memproses dan mengingat informasi dalam rentang waktu yang berbeda.

Implikasi Terhadap Pemahaman Pembelajaran dan Kanker

Mempelajari pembiasaan dalam sel tunggal dapat membantu mendorong pemahaman tentang cara kerja pembelajaran secara umum, kata para peneliti. Temuan ini juga memberikan gambaran baru yang lebih menarik tentang makhluk bersel tunggal yang sederhana ini: Mereka bukan hanya mesin molekuler yang dikemas dalam tubuh mikroskopis, namun mereka juga merupakan agen yang dapat belajar.

Namun bagaimana dengan aplikasi yang lebih praktis?

Para peneliti mengingatkan bahwa hal ini masih bersifat spekulatif untuk saat ini. Namun salah satu ide yang berani adalah menerapkan konsep pembiasaan pada hubungan antara kanker dan kekebalan.

Tumor terkenal sebagai penghindar yang baik dari pengawasan kekebalan tubuh karena mereka mengelabui sel-sel kekebalan tubuh agar menganggap mereka sebagai orang yang tidak bersalah. Dengan kata lain, sel-sel kekebalan yang bertanggung jawab untuk mengenali kanker mungkin terbiasa dengan keberadaan sel kanker – sel kekebalan menjadi terbiasa terhadap rangsangan dan tidak lagi meresponsnya.

“Ini mirip dengan khayalan. Jika kita tahu bagaimana persepsi salah ini dikodekan dalam sel kekebalan, kita mungkin dapat merekayasa ulang persepsi tersebut sehingga sel kekebalan mulai memahami lingkungannya dengan benar, tumor menjadi terlihat ganas, dan mulai bekerja,” kata Gunawardena.

“Ini adalah sebuah fantasi saat ini, namun ini adalah arah yang ingin saya jelajahi di kemudian hari.”

Referensi: “Model pembiasaan yang masuk akal secara biokimia untuk pembelajaran sel tunggal” oleh Lina Eckert, Maria Sol Vidal-Saez, Ziyuan Zhao, Jordi Garcia-Ojalvo, Rosa Martinez-Corral dan Jeremy Gunawardena, 19 November 2024, Biologi Saat Ini.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.10.041

Penulis tambahan termasuk Lina Eckert, Maria Sol Vidal-Saez, Ziyuan Zhao, dan Jordi Garcia-Ojalvo.

Penelitian ini didukung oleh beasiswa doktoral 2021-FI-B-00408 dari Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca dari Generalitat de Catalunya; Penghargaan Program Universitas Harvard untuk Penelitian Sains dan Teknik; Badan Penelitian Negara Spanyol dan Proyek FEDER PID2021-127311NB-I00; Kementerian Sains dan Inovasi Spanyol dan Generalitat de Catalunya; Beasiswa EMBO ALTF683–2019, RYC2021-033860-I didanai oleh MCIN/AEI/10.13039/501100011033 dan oleh Uni Eropa NextGenerationEU/PRTR; dengan dukungan tambahan dari Kementerian Sains dan Inovasi Spanyol melalui Centro de Excelencia Severo Ochoa (CEX2020-001049-S, MCIN/AEI/10.13039/501100011033) dan Generalitat de Catalunya melalui program CERCA; dan dengan pendanaan dari AFOSR Grant FA9550-22-1-0345.