Медузите изумяват учените с уменията си за учене

Медузите, въпреки липсата на централен мозък, показват усъвършенствани способности за учене, подобни на хората и други сложни организми, предизвиквайки традиционните вярвания за процесите на невронно обучение.

Способности за учене на медузите: предизвикателни невронаучни концепции

Дори и без централен мозък, медузите могат да се учат от минали преживявания като хора, мишки и мухи, съобщиха учени за първи път в списанието на 22 септември. Актуална биология. Те обучиха карибски медузи (Tripidalia cestophora), за да научите как да откривате препятствия и да ги избягвате. Проучването оспорва предишните представи, че напредналото обучение изисква централен мозък и хвърля светлина върху еволюционните корени на ученето и паметта.

Сложна визия в едно просто същество

Тези на пръв поглед прости медузи не са по-големи от нокът и имат сложна зрителна система с 24 очи, вградени в тяхното подобно на камбана тяло. Това животно живее в мангрови блата и използва зрението си, за да се движи в мътна вода и да заобикаля подводните корени на дърветата, за да лови плячка. Учените са доказали, че желетата могат да придобият способността да избягват препятствията чрез асоциативно обучение, процес, чрез който организмите формират умствени асоциации между сетивни стимули и поведение.

Карибска медуза. Кредит: Ян Билецки

„Ученето е най-доброто функциониране на нервната система“, казва първият автор Ян Биелецки от университета Кил в Германия. За да научите успешно медуза на нов трик, казва той, „най-добре е да се възползвате от нейното естествено поведение, което има смисъл за животното, докато достигне пълния си потенциал“.

Симулирана учебна среда

В опит да пресъздадат естественото местообитание на медузите, изследователите украсиха кръгъл резервоар със сиви и бели ивици, като сивите ивици имитират корените на далечни мангрови дървета. Те наблюдават медузите в аквариума в продължение на 7,5 минути. Отначало желето плуваше близо до тези привидно далечни линии, като се блъскаше в тях многократно. Но до края на експеримента гелът е увеличил средното си разстояние до стената с около 50%, четворно броя на успешните завъртания, за да се избегне сблъсък, и е намалил контакта си със стената наполовина. Резултатите показват, че медузите могат да се учат от опит чрез визуални и механични стимули.

Карибските медузи живеят и се хранят сред подводните корени на мангровите дървета. Кредит: Андерс Грам

„Ако искате да разберете сложните структури, винаги е добра идея да започнете възможно най-просто“, казва водещият изследовател Андерс Ярм от Университета на Копенхаген в Дания. „Разглеждайки тези сравнително прости нервни системи при медузите, имаме много по-голяма възможност да разберем всички подробности и как те се събират, за да изпълняват поведение.“

Дешифрирайте учебния център

След това учените се опитаха да определят основния процес на асоциативно обучение на медузите чрез изолиране на визуалните сензорни центрове на животните, наречени rupalia. Всяка от тези структури има шест очи и генерира пейсмейкър сигнали, които контролират пулсиращото движение на медузата, чиято честота нараства, когато животното се отклонява от препятствията.

Изследователите показаха, че стационарният рубалиум се движи със сиви ленти, за да имитира подхода на животното към обектите. Структурата не реагира на светлосивите ленти, тълкувайки ги като далеч. Въпреки това, след като изследователите обучиха робалиума със слаба електрическа стимулация, когато лентите се приближиха, той започна да генерира сигнали за избягване на препятствия в отговор на светлосивите ленти. Тези електрически стимулации имитират механичните стимули при сблъсък. Резултатите също така показаха, че е необходима комбинация от визуални и механични стимули за асоциативно обучение при медузи и че рубалиумът функционира като учебен център.

Бъдещи тенденции

След това изследователският екип планира да се задълбочи в клетъчните взаимодействия на нервната система на медузите, за да разплита процеса на формиране на паметта. Те също планират да разберат как работи механичният сензор в камбаната, за да нарисуват пълна картина на асоциативното обучение на животното.

„Удивително е колко бързо се учат тези животни; „Това е приблизително същата скорост като напредналите животни“, казва Гарм. „Дори най-простата нервна система изглежда е способна на усъвършенствано обучение и това може да се окаже много основен клетъчен механизъм, изобретен в зората на еволюционната нервна система.“

За повече информация относно това изследване вижте Изненадващата мисъл на Медуза променя основното ни разбиране за мозъка.

Справка: „Кооперативно обучение в кутията Медуза Tripedalia Cystophora“ 22 септември 2023 г., Актуална биология.
doi: 10.1016/j.cub.2023.08.056

Тази работа беше подкрепена от Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Германска изследователска фондация), Датския изследователски съвет (DFF) и фондация Villum.