Meduzy potrafią się uczyć, choć są pozbawione mózgu

Meduzy są bardziej zaawansowane, niż dotychczas sądzono. Nowe badanie przeprowadzone na Uniwersytecie w Kopenhadze wykazało, że należące do kostkowców meduzy Tripedalia cystophora, zwierzęta endemiczne dla obszaru Morza Karaibskiego, mogą uczyć się na znacznie bardziej złożonym poziomie, mimo że posiadają około tysiąc komórek nerwowych i nie mają scentralizowanego mózgu.

Wyniki i opis badań ukazał się na łamach pisma "Current Biology" (DOI: 10.1016/j.cub.2023.08.056).

Ewolucyjny sukces meduz jest niezaprzeczalny. Są to jedne z najstarszych stworzeń na Ziemi. Pojawiły się na planecie już pół miliarda lat temu i potrafiły lepiej przystosować się do zmieniającego świat niż trylobity czy chociażby dinozaury. Mimo to przeważnie myśli się o nich jako o prostych stworzeniach z bardzo ograniczonymi zdolnościami uczenia się.

Uważa się, że meduzy i ich krewni, ukwiały czy koralowce, gatunki zaliczane do parzydełkowców, są najwcześniejszymi żyjącymi zwierzętami, u których rozwinął się układ nerwowy. Ten u meduz składa się z zaledwie około tysiąca komórek nerwowych. Komórki te tworzą luźno powiązaną ze sobą sieć, która oplata ich galaretowate ciała i pomaga im wyczuwać otoczenie, wykrywając zmiany temperatury, światła i oczywiście dotyk.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Przeważa opinia, że bardziej zaawansowany układ nerwowy oznacza u zwierząt bardziej zaawansowany potencjał uczenia się. Z tego można wysnuć wniosek, że zwierzęta z prostym układem nerwowym, jak meduzy, są zdolne jedynie do podstawowych form przyswajania wiedzy. A to, jak się okazuje po niedawno przeprowadzonych badaniach, nie do końca jest prawdą.

Od ponad dziesięciu lat neurobiolog Anders Garm z Uniwersytetu w Kopenhadze bada meduzy kostkowe (Tripedalia cystophora) należące do grupy powszechnie uznanych za jedne z najbardziej trujących stworzeń na świecie. Ale te niepozorne stworzenia są też interesujące z innego powodu: okazuje się, że nie są tak proste, jak kiedyś sądzono. A to podważa całe nasze zrozumienie tego, do czego zdolne są ich proste układy nerwowe.

Meduzy te mierzą około centymetra średnicy. Najczęściej można je spotkać w wodach, gdzie rosną lasy namorzynowe. Żerują na małych skorupiakach i korzystają przy tym ze swoich 24 oczu. Ich ulubioną pozycją w menu są widłonogi, ale te ukrywają się blisko korzeni zanurzonych w wodzie. W polowaniach ryzykują zranieniem swoich miękkich ciał, buszując w gęstwinie korzeni.

Garm wraz z Janem Bieleckimi z Uniwersytetu w Kilonii w Niemczech chcieli się dowiedzieć, jak te meduzy przez miliony lat unikały poważnego uszczerbku na zdrowiu w wyniku rozdarcia ciała o wystający, ostry korzeń. Przeprowadzili w tym celu serię eksperymentów, używając w nich okrągłych zbiorników wyłożonych kratami, które miały imitować korzenie namorzynów.

Plątanina korzeni jest dobrym miejscem do polowań, ale jest także niebezpiecznym miejscem dla meduz, których ciała mają miękką konsystencję. Gdy małe meduzy zbliżają się do korzeni namorzynów, odwracają się i odpływają. Jeśli zbyt wcześnie wykonają zwrot, nie będą miały wystarczająco dużo czasu na polowanie. Jeśli jednak skręcą za późno, ryzykują uderzenie w korzeń i uszkodzenie galaretowatych ciał. Dlatego ocena odległości jest dla nich kluczowa. I tutaj kluczem okazał się kontrast.

- Nasze eksperymenty pokazują, że kontrast, czyli w tym przypadku ocena, na ile korzeń jest ciemniejszy w stosunku do wody, jest wykorzystywany przez meduzy do ustalenia odległości do korzeni, co pozwala im odpłynąć w odpowiednim momencie. Jeszcze bardziej interesujący jest związek między codziennymi zmianami odległości i kontrastu pod wpływem wody deszczowej, glonów i działania fal – powiedział Garm.

Jedną z najbardziej zaawansowanych cech układu nerwowego jest zdolność do zmiany zachowania w wyniku doświadczenia. Badacze manipulowali zachowaniem meduz, zmieniając warunki kontrastu, aby zobaczyć, jaki wpływ ma to na ich zachowanie.

Zespół badaczy dostrzegł, że meduzy te codziennie uczyły się oceniać odległość na podstawie obecnych kontrastów, łącząc wrażenia wzrokowe i doznania podczas nieudanych uników, które kończyły się kontaktem z imitacją korzenia. Zatem pomimo posiadania zaledwie tysiąca komórek nerwowych (nasz mózg ma ich około 100 miliardów) potrafią łączyć ze sobą czasowe zbieżności różnych wrażeń. Taki proces nazywamy uczeniem skojarzeniowym. Co więcej, szybkość kojarzenia nie odbiegała od bardziej zaawansowanych pod względem układu nerwowego zwierząt, jak muszki owocowe czy myszy.

Wyniki tych badań podważają wcześniejsze wyobrażenia na temat tego, do czego zdolne są zwierzęta z prostym układem nerwowym.

Zespół badawczy ustalił także, gdzie u tych meduz zachodzi proces uczenia się. Dało im to wyjątkowe możliwości badania dokładnych zmian zachodzących w komórce nerwowej, gdy jest ona zaangażowana w uczenie się. Badacze mają nadzieję, że meduzy staną się organizmem modelowym do badań procesów komórkowych zaangażowanych w uczenie się u wszystkich zwierząt. - Obecnie próbujemy dokładnie określić, które komórki biorą udział w uczeniu się i tworzeniu pamięci. W ten sposób będziemy mogli zajrzeć do środka i sprawdzić, jakie zmiany strukturalne i fizjologiczne zachodzą w komórkach w miarę uczenia się – wyjaśnił Garm.

Jeśli naukowcom uda się wskazać dokładne mechanizmy uczestniczące w uczeniu się meduz, następnym krokiem będzie ustalenie, czy dotyczą one też innych zwierząt. - Docelowo będziemy szukać tych samych mechanizmów u innych zwierząt, żeby sprawdzić, czy ogólnie tak działa pamięć – zaznaczył Garm.

Taką wiedzę można by wykorzystać do wielu celów. - Zrozumienie czegoś tak enigmatycznego i niezwykle złożonego jak mózg jest samo w sobie czymś absolutnie niesamowitym. Istnieje jednak wiele przydatnych możliwości. Jednym z głównych problemów w przyszłości będą niewątpliwie różne formy demencji. Nie twierdzę, że znaleźliśmy lekarstwo na demencję, ale jeśli lepiej zrozumiemy, czym jest pamięć, co jest głównym problemem w przypadku demencji, być może będziemy w stanie położyć podwaliny pod lepsze zrozumienie choroby i być może jej przeciwdziałanie – stwierdził Garm.

- Kiedyś zakładano, że meduzy zdolne są jedynie do najprostszych formy uczenia się, w tym przyzwyczajania się do określonej stymulacji, takiej jak ciągły dźwięk lub ciągły dotyk. Teraz widzimy, że meduzy mają znacznie bardziej wyrafinowaną zdolność uczenia się. Dostrzegamy też fakt, że mogą uczyć się na swoich błędach. W ten sposób modyfikują swoje zachowanie – podkreśli Garm.

Źródło: University of Copenhagen