Zaskakujące znalezisko meduzy rzuca wyzwanie temu, co wiemy o uczeniu się i pamięci

Zapisz się na biuletyn naukowy CNN dotyczący teorii cudów. Eksploruj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
—

Nowe badanie wykazało, że meduzy karaibskie – zwierzęta, które mogą wydawać się unosić w powietrzu bez celu i nie mają centralnego mózgu – nadal mają zdolność szybkiego uczenia się i zapamiętywania informacji.

Jak wynika z badania opublikowanego w piątek w czasopiśmie, odkrycie to przewraca do góry nogami ugruntowany pogląd, że organizmy nie mogą angażować się w uczenie się skojarzeniowe bez centralnego układu nerwowego. Aktualna biologia.

Kierowane badaniami Andersa Jarmaprofesor biologii morskiej na Uniwersytecie w Kopenhadze w Danii, jest częścią trwających badań nad zachowaniem meduz poza oceanem. Instytut Fizjologii na Uniwersytecie Keele W Niemczech.

„Przyjrzeliśmy się zachowaniom wizualnym i wszelkiego rodzaju doświadczeniom i stwierdziliśmy, że uczenie się jest po prostu naturalnym postępem” – powiedział pierwszy autor Jan Bilecki, doktorant w dziedzinie neuroetyki wizualnej na Uniwersytecie w Kiele.

Po latach pracy z karaibskimi meduzami pudełkowymi zespół nie był zszokowany odkryciem, że zwierzęta potrafią się uczyć, ale „zaskakujące było, jak szybko się uczyły” – powiedział Bilecki.

Meduza pudełkowa z Karaibów, znana również pod naukową nazwą Tripedalia Cystophora, ma 24 oczy – po sześć w każdym z czterech ośrodków zmysłu wzroku zwanych rhopalia. Galaretowate ciało meduzy, zwanej ze względu na swój kształt dzwonkiem, łatwo ulega siniakom, co jest potencjalną wadą, gdy stworzenie przemieszcza się wśród korzeni namorzynów na Karaibach. Dostanie się do korzenia może spowodować uszkodzenie prowadzące do infekcji bakteryjnej i ostatecznie do śmierci – powiedział Bilecki.

„Byliśmy więc całkiem pewni, że te zwierzęta były w stanie się uczyć, ponieważ (unikanie korzeni namorzynów) jest dla nich kluczowym procesem uczenia się, jeśli chcą przetrwać” – powiedział.

Aby przetestować zdolność zwierząt do uczenia się, badacze wyścielili wnętrze okrągłego zbiornika szaro-białymi paskami. Szare linie 24 oczu meduzy wydają się tak ciemne jak odległy korzeń namorzynowy w ich naturalnym środowisku. W ciągu 7,5 minuty badacze obserwowali meduzę, aby sprawdzić, czy zderzyła się z linkami lub nauczyła się utrzymywać dystans.

Przez pierwsze kilka minut meduza pływała blisko ścian lub wpadała na nie. Ale w ciągu pięciu minut wszystko się zmieniło.

Meduza otrzymała kombinację stymulacji wizualnej za pomocą linek i stymulacji mechanicznej w wyniku wpadania na przeszkody.

„Nauczyli się, że otrzymują te bodźce jednocześnie (i) unikają przeszkód” – powiedział Bilecki. „Oni Zwiększona wydajność we wszystkich kryteriach, które zmierzyliśmy, aby uniknąć wąskich gardeł.

Następnie badacze zastąpili linie jednolitym, szarym polem. Meduza uderzała go raz po raz.

„Nie było żadnej wskazówki wizualnej, więc niczego się nie nauczyli” – powiedział Bilecki. „Ciągle wpadali na różne rzeczy i nie reagowali”.

Na koniec badacze przeprowadzili eksperyment neurofizjologiczny skupiający się na tym, jak rupalia wytwarza sygnał elektryczny, który napędza pulsujący ruch, czyli skurcze pływania, które meduza wykonuje, aby poruszać się w wodzie. Ich prędkość pulsu gwałtownie wzrasta, gdy poruszają się, aby ominąć jakąkolwiek przeszkodę.

Naukowcy wyizolowali rupalię, oddzielając ją od dzwonu. Ale substytuty korzenia namorzynowego zostały przeniesione. Zatem mechanizm widzenia meduzy pozostał niezmienny podczas ruchu linii. Czy system wzrokowy może nauczyć się, że powinien unikać szarych linii?

Naukowcy połączyli system, który może wysyłać słaby sygnał elektryczny do wizualnych ośrodków czuciowych. Kiedy Robalia nie aktywowała sygnału, który normalnie stymulowałby skurcze podczas pływania, Naukowcy zrobili to za nich. Wkrótce rupalia zaczęła nadawać sygnał bez żadnego podpowiedzi, nawet w przypadku jasnoszarych pasków, które zapewniały znacznie mniejszy kontrast z resztą otoczenia.

Bilecki powiedział, że osiągnęli swoje odkrycia, ponieważ eksperyment był „istotny behawioralnie” w przypadku meduz. Naukowcy postawili zwierzęta w sytuacji podobnej do tej, jaką spotkałyby na wolności.

„Zatem stymulacja wizualna i mechaniczna jest czymś, co (występuje) w ich naturalnym środowisku” – powiedział. „Oni dokładnie wiedzą, co z tym zrobić”.

Doktor Michael Abrams, badacz z Wydziału Biologii Molekularnej i Komórkowej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, który przeprowadził szeroko zakrojone prace nad meduzami i snem, stwierdził, że badanie jest solidne. Abrams nie był zaangażowany w nowe badania.

„Naukowcy stworzyli bardzo przekonujący model eksperymentalny do pomiaru uczenia się skojarzeniowego u tej meduzy pudełkowej. Ich odkrycia mogą również świadczyć o pewnym stopniu pamięci krótkotrwałej” – powiedział Abrams w e-mailu. Dodał, że badanie wyraźnie wykazało zdolność zwierzęcia się uczyć, co sprawiło, że zaczął się zastanawiać: „Jak długo będzie trwać jego pamięć?”

Zdobywając doktorat w Caltech, Abrams pracował w 2017 r. nad badaniami odwróconej meduzy (Kassiopea) i jej „stanu podobnego do snu”, który „wcześniej był również uważany za zachowanie występujące tylko u zwierząt z centralnym układem nerwowym”.