Sovint considerades microorganismes simples, sense forma definida ni voluntat pròpia, les amebes solen representar en l’imaginari popular una forma de vida gairebé accidental. Tanmateix, la seva capacitat d’adaptació a l’entorn és excepcional, fet que porta la comunitat científica a preguntar-se: aquests organismes unicel·lulars depenen realment només de l’evolució genètica, o poden aprendre i recordar al llarg de la seva vida?

Un estudi innovador de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha demostrat per primera vegada que l’ameba Capsaspora owczarzaki pot ser entrenada per recordar i anticipar un xoc tèrmic. El treball combina un marc matemàtic amb validació experimental per replicar amb èxit el principi de Pàvlov en un organisme unicel·lular.

Els resultats aporten evidències que l’aprenentatge associatiu precedeix el cervell i les neurones, amb implicacions sobre l’origen de la memòria, la capacitat d’aprenentatge i l’evolució dels animals a partir dels seus parents unicel·lulars.

El primer aprenentatge associatiu en amebes

Els models evolutius tradicionals assumeixen que l’adaptació davant de xocs ambientals dràstics és un procés cec: apareixen mutacions genètiques a l’atzar i la selecció natural afavoreix els supervivents al llarg d’innombrables generacions. Tanmateix, sovint la resistència cel·lular apareix molt abans.

Per explicar aquesta paradoxa, l’estudi va posar a prova la capacitat d’aprenentatge d’un organisme unicel·lular. L’equip de l’IBE va desenvolupar un dispositiu robòtic fet a mida, anomenat Smart Incubator (Incubadora Intel·ligent), per sotmetre cèl·lules de Capsaspora a un entrenament de condicionament clàssic pavlovià. Un grup de cèl·lules va ser exposat a un entorn predictible: un senyal lluminós LED, juntament amb una vibració mecànica, precedia de manera fixa i constant un estrès moderat per calor a 32 °C. Un segon grup de control va experimentar exactament la mateixa quantitat de llum, vibració i calor, però amb una relació completament aleatòria en el temps. Paral·lelament, l’equip va emprar models matemàtics bayesians per predir en quines condicions l’aprenentatge resultava avantatjós per a les cèl·lules.

Després de 35 cicles d’entrenament, es va aplicar un xoc tèrmic letal final de 38 °C. Les cèl·lules que havien viscut en l’entorn predictible van mostrar una mortalitat de només el 12,1 %, en comparació amb el 26,8 % del grup de control. En conjunt, les cèl·lules entrenades van reduir la mortalitat en un 55 %, demostrant l’èxit del seu entrenament.

“Quan pensem en l’aprenentatge, solem pensar gairebé automàticament en cervells, neurones i intel·ligència animal. Tanmateix, l’entrenament de Capsaspora demostra que aquestes cèl·lules són capaces d’inferir el seu entorn, aprendre i protegir-se”, explica Maor Knafo, investigador postdoctoral de l’IBE i primer autor de l’estudi.

Tanmateix, el mecanisme molecular que actua com a “sistema d’emmagatzematge de memòria” en absència de neurones continua sota investigació. D’altra banda, l’aprenentatge comporta un cost metabòlic que no sempre resulta rendible: quan la imprevisibilitat de l’entorn superava el 20 %, les cèl·lules deixaven de preparar-se per al xoc tèrmic.

Trencant els límits de l’evolució clàssica

L’ameba Capsaspora owczarzaki és un dels parents unicel·lulars vius més propers als animals, fet que la converteix en un pont evolutiu clau per entendre com les capacitats d’aprenentatge van poder preparar el camí cap a la multicel·lularitat.

“Els estudis sobre l’origen dels animals ens han ensenyat repetidament que moltes característiques que crèiem exclusivament animals —com l’adhesió cel·lular o la senyalització— tenen arrels evolutives molt més profundes. El processament de la informació i la capacitat associativa no en són una excepció. Potser el primer pas fonamental cap a la vida multicel·lular complexa no va ser només que les cèl·lules aprenguessin a cooperar entre elles, sinó la seva capacitat individual i compartida d’aprendre del seu entorn i interpretar el seu propi món”, comenta Elena Casacuberta, investigadora principal de l’IBE i coautora de l’estudi.

L’estudi aporta evidències d’una memòria cel·lular adaptativa dins d’una mateixa generació.

“Aquests resultats amplien l’horitzó establert sobre l’aprenentatge i la memòria dels animals cap als seus ancestres unicel·lulars. Haurem de continuar reconeixent els patrons de l’aprenentatge i adaptant el que en sabem”, comenta Iñaki Ruiz-Trillo, investigador principal de l’IBE i coautor de l’estudi.

L’estudi també obre la porta a un canvi de paradigma en futures investigacions de biologia sintètica. En lloc de dissenyar circuits genètics rígids, les cèl·lules podrien programar-se i entrenar-se per aprendre i respondre de manera autònoma basant-se en els seus propis resultats de supervivència. Es tracta d’una línia de recerca emergent que planteja una nova manera de dissenyar i utilitzar els sistemes vius amb futures aplicacions mèdiques.

Article referenciat:

Maor Knafo, Elena Casacuberta, Iñaki Ruiz-Trillo, Beyond Diffusion: Bayesian Learning Strategies in Single-Cell Life, PRX Life, Volume 4, 2026, 023025, 10.1103/5p5z-t8qy