Nawet bez centralnego mózgu meduzy mogą uczyć się na podstawie przeszłych doświadczeń, takich jak ludzie, myszy i muchy, o czym po raz pierwszy poinformowali naukowcy 22 września w czasopiśmie Current Biology. Trenowali karaibską meduzę pudełkową (Tripedalia cystophora), aby nauczyła się dostrzegać i unikać przeszkód. Badanie podważa wcześniejsze poglądy, że zaawansowane uczenie się wymaga scentralizowanego mózgu i rzuca światło na ewolucyjne korzenie uczenia się i pamięci.
Te pozornie proste galaretki, nie większe od paznokcia, mają złożony układ wzrokowy z 24 oczami osadzonymi w ich dzwonkowatym ciele. Żyjąc na bagnach namorzynowych, zwierzę wykorzystuje swój wzrok do poruszania się po mętnych wodach i omijania podwodnych korzeni drzew, aby złapać ofiarę w sidła. Naukowcy wykazali, że galaretki mogą nabywać zdolność omijania przeszkód poprzez uczenie się skojarzeniowe – proces, w ramach którego organizmy tworzą mentalne połączenia między stymulacją zmysłową a zachowaniami.
„Uczenie się to najważniejsza wydajność układu nerwowego” – mówi pierwszy autor Jan Bielecki z Uniwersytetu w Kilonii w Niemczech. Aby skutecznie nauczyć meduzę nowej sztuczki, twierdzi, że „najlepiej wykorzystać jej naturalne zachowania, które mają sens dla zwierzęcia, aby osiągnęła swój pełny potencjał”.
Zespół ubrał okrągły zbiornik w szare i białe paski, aby symulować naturalne środowisko meduzy, przy czym szare paski imitowały korzenie namorzynowe, które wydawały się odległe. Obserwowali meduzę w zbiorniku przez 7,5 minuty. Początkowo galaretka pływała blisko tych pozornie odległych pasków i często się z nimi zderzała. Jednak pod koniec eksperymentu galaretka zwiększyła swoją średnią odległość od ściany o około 50%, czterokrotnie zwiększyła liczbę udanych obrotów w celu uniknięcia kolizji i zmniejszyła swój kontakt ze ścianą o połowę. Odkrycia sugerują, że meduzy mogą uczyć się na podstawie doświadczeń poprzez bodźce wizualne i mechaniczne.
„Jeśli chcesz zrozumieć złożone struktury, zawsze dobrze jest zacząć od tak prostego, jak to tylko możliwe” – mówi starszy autor Anders Garm z Uniwersytetu w Kopenhadze w Danii. „Patrząc na te stosunkowo proste układy nerwowe meduz, mamy znacznie większą szansę na zrozumienie wszystkich szczegółów i tego, jak składają się one na zachowania”.
Następnie badacze starali się zidentyfikować proces leżący u podstaw uczenia się skojarzeniowego meduz, izolując wizualne ośrodki czuciowe zwierzęcia zwane rhopaliami. Każda z tych struktur ma sześć oczu i generuje sygnały stymulatora, które regulują pulsacyjny ruch meduzy, którego częstotliwość wzrasta, gdy zwierzę skręca przed przeszkodami.
Zespół pokazał stacjonarne rhopalium poruszające się szare paski, naśladujące podejście zwierzęcia do obiektów. Struktura nie reagowała na jasnoszare paski, interpretując je jako odległe. Jednak po tym, jak badacze wytrenowali rhopalium za pomocą słabej stymulacji elektrycznej w momencie zbliżania się prętów, zaczęło ono generować sygnały umożliwiające unikanie przeszkód w odpowiedzi na jasnoszare paski. Te stymulacje elektryczne naśladowały mechaniczne bodźce powstałe podczas zderzenia. Odkrycia wykazały ponadto, że do uczenia się skojarzeniowego u meduz wymagane jest łączenie bodźców wzrokowych i mechanicznych, a rhopalium służy jako ośrodek uczenia się.
Następnie zespół planuje głębiej zagłębić się w interakcje komórkowe układu nerwowego meduzy, aby rozdzielić proces tworzenia pamięci. Planują także dokładniej poznać działanie czujnika mechanicznego w dzwonku, aby uzyskać pełny obraz uczenia się skojarzeniowego zwierzęcia.
„To zaskakujące, jak szybko te zwierzęta się uczą; jest to mniej więcej takie samo tempo, jak zwierzęta zaawansowane” – mówi Garm. „Wydaje się, że nawet najprostszy układ nerwowy jest w stanie uczyć się na zaawansowanym poziomie, co może okazać się niezwykle podstawowym mechanizmem komórkowym wynalezionym u zarania ewolucji układu nerwowego”.