Meduzy istnieją już od 500 milionów lat i mimo raczej prostej budowy poradziły sobie lepiej niż trylobity czy dinozaury. Są memy na temat meduz sugerujące, że mózg nie jest tak całkiem niezbędny do życia.
Karaibskie meduzy mają tylko tysiąc komórek nerwowych i brak im scentralizowanego mózgu. Jednak nowe badania przeprowadzone na uniwersytecie w Kopenhadze (Dania)wykazały, że potrafią uczyć się na znacznie bardziej złożonym poziomie, niż kiedykolwiek sobie wyobrażano. Zdaniem autorów odkrycie to może poszerzyć także wiedzę o ludzkich mózgach.
Uważa się, że prosty układ nerwowy, bez scentralizowanego mózgu, najwcześniej rozwinął się u parzydełkowców (Cnidaria), do których oprócz meduz zaliczane są na przykład ukwiały czy koralowce. W powszechnej opinii im bardziej zaawansowany układ nerwowy, tym większe możliwości uczenia się.
Prof. Anders Garm, neurobiolog z uniwersytetu w Kopenhadze od ponad dziesięciu lat bada meduzy kostkowe – grupę meduz powszechnie znaną z tego, że należą do najbardziej trujących stworzeń na świecie (najjadowitsza jest australijska „osa morska” Chironex fleckeri). Jak się okazało, te niewielkie meduzy są nie tylko jadowite, ale także nadspodziewanie dobrze się uczą.
Jedną z najbardziej zaawansowanych cech układu nerwowego jest zdolność do zmiany zachowania w wyniku doświadczenia – zapamiętywania i uczenia się. Zespół badawczy kierowany przez Jana Bieleckiego z Uniwersytetu w Kilonii i Andersa Garma z Kopenhagi postanowił przetestować tę zdolność na przykładzie karaibskiej meduzy kostkowej Tripedalia cystophora. Ta mająca tylko centymetr średnicy meduza zamieszkuje wody, w których rosną lasy namorzynowe. Dzięki swoim 24 oczkom (jest ich więcej niż u innych meduz) może polować na maleńie stawonogi zwane widłonogami, starając się unikać kolizji z twardymi korzeniami mangrowców. Jej środowisko życia zostało odwzorowane w warunkach laboratoryjnych.
Gdy mała meduza kostkowa niebezpiecznie zbliża się do korzenia, odwraca się i odpływa. Jeśli jednak skręci zbyt wcześnie, nie będzie miała wystarczająco dużo czasu, aby łapać widłonogi. Z kolei zbyt późny zwrot to ryzyko zderzenia, które galaretowate ciało meduzy znosi z trudem. Jak odkryli badacze, dla niezawodnej oceny odległości konieczna jest precyzyjne wykrywanie kontrastu. Meduzy najpierw obijały się o korzenie, ale mniej więcej po pięciu zderzeniach nauczyły się tego unikać. Pod względem pojętności nie ustępowały zatem muszkom owocowym, a nawet myszom. Eksperymenty z zakresu elektrofizjologii i warunkowania klasycznego pozwoliły potwierdzić, że w układzie nerwowym meduzy zachodzi proces uczenia się.
„Nasze eksperymenty pokazują, że kontrast, czyli sprawdzanie o ile korzeń jest ciemniejszy w stosunku do wody, jest wykorzystywany przez meduzy do oceny 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” – zaznaczył Anders Garm.
I dodał:„Widzimy, że na początku każdego nowego dnia polowania meduza kostkowa uczy się na podstawie obecnych kontrastów, łącząc wrażenia wzrokowe i doznania podczas manewrów uniku, które kończą się niepowodzeniem. Zatem pomimo posiadania zaledwie tysiąca komórek nerwowych – nasz mózg ma ich około 100 miliardów – potrafi łączyć czasowe zbieżności różnych wrażeń i uczyć się tych połączeń – czyli jest zdolna do tego, co nazywamy uczeniem się skojarzeniowym. I faktycznie uczy się tak szybko, jak zaawansowane zwierzęta, takie jak muszki owocowe i myszy”.
Wyniki nowych badań (https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)01136-3) przełamują wcześniejsze naukowe wyobrażenia na temat tego, do czego zdolne są zwierzęta z prostym układem nerwowym.
„Kiedyś zakładano, że meduzy zdolne są jedynie do najprostszych form uczenia się, w tym przyzwyczajania się do określonej stymulacji, takiej jak ciągły dźwięk lub ciągły dotyk. Teraz widzimy, że mają znacznie bardziej wyrafinowaną zdolność uczenia się, oraz że mogą uczyć się na swoich błędach. W ten sposób modyfikują swoje zachowanie” – wskazał prof. Garm.
„To nader ważna wiadomość dla fundamentalnej neuronauki. Zapewnia nowe spojrzenie na to, co można zrobić za pomocą prostego układu nerwowego. Sugeruje to, że zaawansowana nauka mogła od samego początku być jedną z najważniejszych korzyści ewolucyjnych układu nerwowego ” – podkreślił.
Zespół badawczy pokazał także, gdzie zachodzi proces uczenia się u meduz kostkowych, co dało wyjątkowe możliwości badania zmian zachodzących w komórce nerwowej zaangażowanej w zaawansowane uczenie się.
Naukowcy mają nadzieję, że meduzy mogą stać się zaawansowanym modelem do badania procesów komórkowych w uczeniu się wszelkiego rodzaju zwierząt. Obecnie próbują dokładnie określić, które komórki biorą udział w uczeniu się i tworzeniu pamięci. W ten sposób będą mogli obserwować, jakie zmiany strukturalne i fizjologiczne zachodzą w komórce podczas uczenia się. Być może podobnie wygląda to także u innych zwierząt czy u człowieka.
„Zrozumienie czegoś tak enigmatycznego i niezwykle złożonego jak mózg jest samo w sobie czymś absolutnie niesamowitym. Istnieje jednak niewyobrażalnie wiele przydatnych możliwości. Jednym z głównych problemów w przyszłości będą niewątpliwie różne formy demencji. Nie twierdzę, że znajdujemy 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” – podsumował badacz.(PAP)
