Авторы нового исследования заявляют, что медузы, несмотря на отсутствие централизованного мозга, могут учиться так же, как и более развитые организмы.
Ученые научили карибскую коробчатую медузу уклоняться от препятствий, продемонстрировав способность животного к ассоциативному обучению. Это открытие бросает вызов убеждению, что сложное обучение требует централизованного мозга, и дает представление об эволюционных основах обучения.
Умная медуза
Даже не имея центрального мозга, медузы могут учиться на прошлом опыте, как люди, мыши и мухи, о чем ученые впервые сообщили в научном журнале Current Biology. Исследователи обучили карибскую коробчатую медузу (Tripedalia Cysophora) обнаруживать препятствия и уклоняться от них.
Исследование бросает вызов предыдущим представлениям о том, что продвинутое обучение требует централизованного мозга, и проливает свет на эволюционные корни обучения и памяти.
Эти, казалось бы, простые желе размером не больше ногтя, имеют сложную зрительную систему с 24 глазами, встроенными в их колоколообразное тело. Живя в мангровых болотах, животное использует свое зрение, чтобы ориентироваться в мутной воде и огибать подводные корни деревьев, чтобы поймать добычу.
Ученые продемонстрировали, что медузы могут приобрести способность избегать препятствий посредством ассоциативного обучения — процесса, посредством которого организмы формируют мысленные связи между сенсорными стимуляциями и поведением.
«Обучение — это вершина эффективности для нервной системы», — комментирует автор исследования Ян Белецкий (Jan Bielecki) из Кильского университета (Kiel University), Германия. По его словам, чтобы успешно научить медузу новому трюку, «лучше всего использовать ее естественное поведение, то, что имеет смысл для животного, чтобы оно полностью раскрыло свой потенциал».
Исследователи подготовила круглый аквариум серыми и белыми полосами, чтобы имитировать естественную среду обитания медузы, серые полосы имитировали корни мангровых деревьев, которые казались далекими. Ученые наблюдали за медузой в аквариуме в течение 7,5 минут.
Поначалу медуза подплывала близко к этим, казалось бы, далеким полосам и часто натыкалась на них. Но к концу эксперимента они увеличили среднее расстояние примерно на 50%, увеличили в четыре раза количество успешных поворотов, чтобы избежать столкновения, и вдвое сократило контакт со стеной. Результаты показывают, что медузы могут учиться на собственном опыте с помощью визуальных и механических стимулов.
«Если вы хотите понять сложные структуры, всегда полезно начать как можно проще», — утверждает автор исследования Андерс Гарм (Anders Garm) из Копенгагенского университета (University of Copenhagen), Дания. «Глядя на эти относительно простые нервные системы медуз, у нас гораздо больше шансов понять все детали и то, как они взаимодействуют, чтобы выполнять поведение».
Затем исследователи попытались определить основной процесс ассоциативного обучения медуз, изолировав зрительные сенсорные центры животного, называемые ропалиями. Каждая из этих структур содержит шесть глаз и генерирует сигналы, которые управляют пульсирующим движением медузы, частота которого резко возрастает, когда животное отклоняется от препятствий.
Команда показала, как неподвижный ропалиум перемещает серые полосы, имитируя приближение животного к объектам. Структура не реагировала на светло-серые полосы, интерпретируя их как далекие. Однако после того, как исследователи обучили ропалиум слабой электрической стимуляцией при приближении полосок, он начал генерировать сигналы уклонения от препятствий в ответ на светло-серые полосы.
Эти электрические стимулы имитировали механические стимулы столкновения. Результаты также показали, что сочетание визуальных и механических стимулов необходимо для ассоциативного обучения медуз и что ропалий служит центром обучения.
Далее команда планирует глубже погрузиться в клеточные взаимодействия нервной системы медуз, чтобы разобраться в формировании памяти. Они также планируют глубже понять, как работает механический датчик в колоколе, чтобы составить полную картину ассоциативного обучения животного.
«Удивительно, как быстро эти животные учатся; это примерно такие же темпы, как у продвинутых животных», — заключает Гарм. «Похоже, что даже самая простая нервная система способна к расширенному обучению, и это может оказаться чрезвычайно фундаментальным клеточным механизмом, изобретенным на заре эволюции нервной системы».
