人類一直對我們的大腦及其強大的能力著迷，這可以理解。畢竟，有多少其他物種發明了布洛芬、電熱毯和歡樂時光？但現在可能是時候深吸一口氣，退後一步，問問細胞能做什麼了。
我最近寫了一篇關於喇叭蟲的文章，這是一種巨大的喇叭狀單細胞捕食者，它可能能夠改變其“想法”。但這並非自由生活細胞第一次或第二次顯示出它們擁有類似認知能力跡象。人們早就知道藍喇叭蟲——游泳的喇叭蟲——能夠對觸控產生“習慣化”；在你長時間戳它之後，它會停止如此容易地收縮，並且它可以記住在至少幾個小時內少碰它。沒有人知道這是如何發生的。
喇叭蟲和另一種纖毛蟲，即草履蟲，透過經驗提高了它們從毛細管中逃脫的時間（微生物版本的經典齧齒動物實驗，稱為“跑道”學習正規化），儘管在喇叭蟲的情況下，只有當管子是垂直的時候才有效。
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在20世紀中期，草履蟲實際上接受了幾次巴甫洛夫的狗式待遇（也稱為經典條件反射）。1950年代，比阿特麗斯·格爾伯獨自在芝加哥大學工作，她表明草履蟲被訓練將金屬絲與附著著的美味細菌聯絡起來，即使後來在沒有細菌的情況下呈現，它們仍然會聚集到金屬絲上。單獨在金屬絲上訓練的草履蟲則不會。她的結果當時受到了強烈批評，並且大多被駁回，儘管最近的一項分析得出結論，她證明了這個案例。
在1970年代的另一個值得注意的例子中，曼卡託州立大學的科學家對草履蟲進行了巴甫洛夫訓練，將四秒鐘的音調與最後兩秒鐘的電擊配對。經過兩到三個療程後，大約一半或更多的明顯膽小的草履蟲對單獨的音調發起了“迴避反應”——向後猛拉和/或轉彎並恢復游泳。
令人難以置信的是，它們可以記住這樣做至少24小時。如果音調繼續不伴隨電擊，它們也可以被取消訓練，然後透過再次配對來重新訓練。如果這項研究可信，它們還可以在決定是否發起逃生時，以某種方式區分 300 和 500 赫茲的音調。然而，其他使用排斥性刺激（如電擊或熱）對纖毛蟲進行的條件反射實驗未能顯示出關聯性。可以公平地說，如果細胞和聯想學習的案例尚未結束，那麼證據是非常有說服力的。
還有一個關於野生細胞學習的例子值得一提。在2008年發表的一項實驗中，粘菌Physarum（一種單細胞巨型變形蟲）學會了預測週期性的冷乾燥空氣噴射。在三個定時噴射週期後，粘菌的反應就好像它在適當的時間期待另一次噴射一樣，透過減速來反應，這是它對不受歡迎的空氣的通常反應。它不僅記住了；它還能以某種方式辨別時間。
如果它存在，那麼所有這些明顯的學習和決策的機制可能是什麼？單細胞顯然沒有大腦或神經元，但它們有許多其他複雜的結構和分子，自然選擇可以作用於這些結構和分子。正如我上次寫的那樣，對於像喇叭蟲和草履蟲這樣的纖毛蟲來說，這實在是輕描淡寫了。
僅僅因為其他生命沒有像我們一樣連線，並不意味著它們沒有能夠產生類似事物的硬體，也許是以與我們自己截然不同且令人著迷的方式。如果結果是相同的，那麼手段重要嗎？
但一個更加令人震驚的可能性正在被越來越多的不同領域的博士們接受：動物和纖毛蟲確實使用了相同的機制。
以雪貂為例。在一個經典條件反射的例子中，訓練雪貂將訊號與導致規律性眨眼間隔的刺激聯絡起來，它們會在單獨聽到訊號後在適當的時刻眨眼。2014年對負責這種眨眼計時的雪貂腦細胞的一項研究暗示，單個細胞能夠學習和預測相同的間隔，完全靠自己。
其他實驗已經將海兔Aplysia的鰓收縮反射中習慣化的獲得追溯到單個細胞的變化。最近對海兔和齧齒動物的研究都表明，某些記憶可以透過 RNA 和 DNA 在動物或世代之間轉移。當粘菌融合時，記憶也從一種粘菌轉移到另一種粘菌。各個生命層次的研究都表明，單個細胞或非神經細胞網路能夠形成記憶。顯然，大腦和神經不是記憶的最終答案。
雖然自由生活的單細胞（如果它們確實可以形成記憶）是否使用與脊椎動物相同的方法尚不確定，但它們似乎確實擁有相同的工具包。主要的硬碟嫌疑物件是 DNA 或蛋白質標籤。其想法是，由於形成記憶的經歷，像甲基這樣的微小化學物質可以新增到 DNA 組蛋白（DNA 纏繞在其周圍的蛋白質）或細胞中的其他蛋白質中或從中移除。
然後，這些物理標籤使基因更有可能或更不可能被轉化為蛋白質，透過物理方式改變它們對執行這項工作的酶的可及性，或者某些現有的蛋白質做或不做它們的工作，或者做得更好或更差，並且以某種這樣的方式——有時是直接的，有時是極其複雜的——記憶可能會形成。如果 DNA 或蛋白質可以作為硬碟的想法似乎很奢侈，那麼值得注意的是，單個蛋白質可能比我們預期的能力更強；至少最近的一份報告表明，單個蛋白質可能相當於果蠅中的一個可程式設計的六分鐘定時器。
化學標籤絕不是唯一的嫌疑物件。還有其他結構和機制（例如，細胞骨架，細胞外基質，生物電，甚至簡單的蛋白質聚集）也可能被賦予編碼記憶的任務。最近的一篇論文暗示粘菌的管子大小——例如，構成該生物體的巨大、肉眼可見的管子——可能是一個記憶庫。任何給定生物體中的記憶形成都可能依賴於多個系統。各種生命形式可能依賴於方法的特徵組合。
或者，也許，就像遺傳密碼一樣，存在一個或多或少統一的系統。1962年，格爾伯寫道：“簡而言之，假設記憶印跡必須編碼在生物大分子中……。可能編碼新反應的生化和細胞生理過程在整個門類中是連續的（就像遺傳密碼一樣），因此對於原生動物和哺乳動物來說，它們會非常相似。”
早在20世紀初，詹寧斯也感覺到並相信動物的行為運作通常是對單細胞生命中已經存在的系統的詳細闡述。我們單細胞共同祖先中已經存在的學習和記憶系統也可能有助於解釋最近的實驗，這些實驗暗示植物也可以學習和記憶。
一個更大膽的問題出現了：是否存在一個組織系統的系統？計算生物學家丹尼斯·佈雷在他2009年的著作《溼件》中推測，細胞擁有蛋白質形式的神經元和聯鎖蛋白質級聯形式的神經網路；連續的蛋白質碰撞改變了它們的目標（可能是其他蛋白質甚至基因）在一個網路中，沿著生物導線或電路傳遞和處理資訊。細胞甚至可能有一些中央處理器（他的書的副標題是“每個活細胞中的計算機”）。
在動物中，他認為這可能位於中心體中，中心體是一個可以整合、評估和處理蛋白質流量的地方，這些蛋白質流量攜帶著關於細胞內外狀況的資訊，從而產生類似決策的東西。而做出決策的能力正是越來越多的證據似乎表明單細胞喇叭蟲所具備的。
當然，其中大部分在證據方面仍然相當不確定。正如我所寫的那樣，生物學家正在隱約瞥見細胞真正令人震驚的複雜性（染色體外 DNA 環和DNA 中的暗物質只是另外兩個例子），並且像一群在海上航行的船上的水手一樣，興奮地談論著新發現的大陸的性質。但實際上，我們仍然一無所知。
鑑於（對我而言）令人震驚的缺乏共識，即使在動物大腦中，巴甫洛夫條件反射是如何運作的（這也讓我覺得，自信地宣稱自由意志是一種幻覺近乎魯莽），我認為現在是我們拋棄對細胞能力先入為主的觀念的時候了，而不是意外的實驗結果。詹寧斯和格爾伯受到了或多或少相同的待遇，因為他們的批評者已經斷定他們的結果是不可能的。藉助分子革命的優勢，我們現在看到，也許他們的結果並非如此牽強附會。
如果敏感植物可以學習，粘菌可以記憶，而喇叭蟲可以做出決定——當然，非凡的宣告需要非凡的證據——未來幾年最令人興奮的生物學前景之一將是發現它們究竟是如何做到的。我們可能會震驚地意識到，正如我們以前經歷過的那樣，它們與我們並沒有那麼不同。