Οι μέδουσες, παρά την έλλειψη κεντρικού εγκεφάλου τους, εμφανίζουν προηγμένες μαθησιακές ικανότητες παρόμοιες με τους ανθρώπους και άλλους πολύπλοκους οργανισμούς, αμφισβητώντας τις παραδοσιακές πεποιθήσεις σχετικά με τις διαδικασίες νευρωνικής μάθησης.
Ικανότητες μάθησης μεδουσών: προκλητικές νευροεπιστημονικές έννοιες
Ακόμη και χωρίς κεντρικό εγκέφαλο, οι μέδουσες μπορούν να μάθουν από προηγούμενες εμπειρίες όπως οι άνθρωποι, τα ποντίκια και οι μύγες, ανέφεραν οι επιστήμονες για πρώτη φορά στις 22 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό. Τρέχουσα βιολογία. Εκπαίδευσαν μέδουσες της Καραϊβικής (Tripidalia cestophora) για να μάθετε πώς να εντοπίζετε εμπόδια και να τα αποφεύγετε. Η μελέτη αμφισβητεί τις προηγούμενες αντιλήψεις ότι η προηγμένη μάθηση απαιτεί έναν κεντρικό εγκέφαλο και ρίχνει φως στις εξελικτικές ρίζες της μάθησης και της μνήμης.
Πολύπλοκη όραση σε ένα απλό πλάσμα
Αυτές οι φαινομενικά απλές μέδουσες δεν είναι μεγαλύτερες από ένα νύχι και έχουν ένα πολύπλοκο οπτικό σύστημα με 24 μάτια ενσωματωμένα στο σώμα τους που μοιάζει με καμπάνα. Αυτό το ζώο ζει σε βάλτους μαγγρόβιων και χρησιμοποιεί το όραμά του για να περιηγηθεί στα θολά νερά και να στρίψει γύρω από τις υποβρύχιες ρίζες δέντρων για να κυνηγήσει θήραμα. Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι τα ζελέ μπορούν να αποκτήσουν την ικανότητα να αποφεύγουν τα εμπόδια μέσω της συνειρμικής μάθησης, μιας διαδικασίας με την οποία οι οργανισμοί σχηματίζουν νοητικούς συσχετισμούς μεταξύ αισθητηριακών ερεθισμάτων και συμπεριφορών.
μέδουσες της Καραϊβικής. Πραγματοποίηση: Jan Bilecki
«Η μάθηση είναι η απόλυτη λειτουργία του νευρικού συστήματος», λέει ο πρώτος συγγραφέας Jan Bielecki του Πανεπιστημίου του Κιέλου στη Γερμανία. Προκειμένου να διδάξετε με επιτυχία σε μια μέδουσα ένα νέο κόλπο, λέει, «είναι καλύτερο να εκμεταλλευτείτε τις φυσικές της συμπεριφορές, κάτι που είναι λογικό για το ζώο, μέχρι να φτάσει στο μέγιστο των δυνατοτήτων του».
Προσομοιωμένο περιβάλλον μάθησης
Σε μια προσπάθεια να αναδημιουργήσουν το φυσικό περιβάλλον της μέδουσας, οι ερευνητές διακόσμησαν μια κυκλική δεξαμενή με γκρίζες και λευκές ρίγες, με τις γκρίζες ρίγες να μιμούνται τις ρίζες των μακρινών μαγκρόβων δέντρων. Παρατήρησαν τις μέδουσες στη δεξαμενή για 7,5 λεπτά. Στην αρχή, το ζελέ κολύμπησε κοντά σε αυτές τις φαινομενικά μακρινές γραμμές, προσκρούοντας σε αυτές επανειλημμένα. Αλλά μέχρι το τέλος του πειράματος, το πήκτωμα είχε αυξήσει τη μέση απόστασή του από τον τοίχο κατά περίπου 50%, τετραπλασίασε τον αριθμό των επιτυχημένων περιστροφών για να αποφύγει μια σύγκρουση και έκοψε την επαφή του με τον τοίχο στο μισό. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι μέδουσες μπορούν να μάθουν από την εμπειρία μέσω οπτικών και μηχανικών ερεθισμάτων.
Οι μέδουσες της Καραϊβικής ζουν και τρέφονται ανάμεσα στις υποβρύχιες ρίζες των μαγγροβίων. Πιστωτική: Anders Gram
«Αν θέλετε να κατανοήσετε πολύπλοκες δομές, είναι πάντα καλή ιδέα να ξεκινήσετε όσο το δυνατόν πιο απλά», λέει ο επικεφαλής ερευνητής Anders Jarm του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης στη Δανία. «Κοιτάζοντας αυτά τα σχετικά απλά νευρικά συστήματα στις μέδουσες, έχουμε μια πολύ μεγαλύτερη ευκαιρία να κατανοήσουμε όλες τις λεπτομέρειες και πώς συνδυάζονται για να εκτελέσουν συμπεριφορές».
Αποκρυπτογραφήστε το κέντρο εκμάθησης
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες προσπάθησαν να προσδιορίσουν τη βασική διαδικασία της συνειρμικής μάθησης των μεδουσών απομονώνοντας τα οπτικά αισθητήρια κέντρα του ζώου που ονομάζονται ρουπαλία. Κάθε μία από αυτές τις δομές έχει έξι μάτια και παράγει σήματα βηματοδότη που ελέγχουν την παλλόμενη κίνηση της μέδουσας, η συχνότητα της οποίας αυξάνεται καθώς το ζώο απομακρύνεται από τα εμπόδια.
Οι ερευνητές έδειξαν ότι το σταθερό ρουμπάλιο κινείται με γκρίζες ράβδους για να μιμηθεί την προσέγγιση του ζώου σε αντικείμενα. Η δομή δεν ανταποκρίθηκε στις ανοιχτό γκρι ράβδους, ερμηνεύοντάς τις ως μακριά. Ωστόσο, αφού οι ερευνητές εκπαίδευσαν το robalium με ασθενή ηλεκτρική διέγερση καθώς πλησίαζαν οι ράβδοι, άρχισε να παράγει σήματα αποφυγής εμποδίων ως απόκριση στις ανοιχτό γκρι ράβδους. Αυτές οι ηλεκτρικές διεγέρσεις μιμούνται τα μηχανικά ερεθίσματα μιας σύγκρουσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι ένας συνδυασμός οπτικών και μηχανικών ερεθισμάτων απαιτείται για τη συνειρμική μάθηση στις μέδουσες και ότι το ρουμπάλιο λειτουργεί ως κέντρο μάθησης.
Μελλοντικές τάσεις
Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να εμβαθύνει στις κυτταρικές αλληλεπιδράσεις του νευρικού συστήματος της μέδουσας για να ξεμπερδέψει τη διαδικασία σχηματισμού μνήμης. Σκοπεύουν επίσης να κατανοήσουν πώς λειτουργεί ο μηχανικός αισθητήρας στο κουδούνι για να ζωγραφίσει μια πλήρη εικόνα της συνειρμικής μάθησης του ζώου.
«Είναι εκπληκτικό πόσο γρήγορα μαθαίνουν αυτά τα ζώα. «Είναι περίπου η ίδια ταχύτητα με τα προηγμένα ζώα», λέει ο Garm. «Ακόμη και το απλούστερο νευρικό σύστημα φαίνεται να είναι ικανό για προηγμένη μάθηση και αυτό μπορεί να αποδειχθεί ότι είναι ένας πολύ βασικός κυτταρικός μηχανισμός που εφευρέθηκε στην αυγή του εξελικτικού νευρικού συστήματος».
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτήν τη μελέτη, ανατρέξτε στην ενότητα Η εκπληκτική σκέψη του Jellyfish αλλάζει τη βασική μας κατανόηση του εγκεφάλου.
Παραπομπή: «Συνεργατική μάθηση στο κουτί Jellyfish Tripedalia Cystophora» 22 Σεπτεμβρίου 2023, Τρέχουσα βιολογία.
doi: 10.1016/j.cub.2023.08.056
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών), το Δανικό Ερευνητικό Συμβούλιο (DFF) και το Ίδρυμα Villum.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”