Медузы - несомненный эволюционный успех, они выжили в океанах Земли не менее 500 млн. лет назад. В некоторых регионах мира они даже способны прекрасно справляться с изменениями климата, не имея при этом централизованного мозга, как у большинства животных. Несмотря на отсутствие центрального мозга, обученные карибские коробчатые медузы потенциально могут запоминать свой прошлый опыт, как это делают мухи, мыши и люди, и учиться находить и уклоняться от ранее встречавшихся препятствий в аквариуме. О полученных результатах сообщается в исследовании, опубликованном 22 сентября в журнале Current Biology.
Этот вид медуз широко распространен в водах Карибского моря и центральной части Индо-Тихоокеанского океана, но их диаметр обычно составляет всего полдюйма. Такие медузы относятся к классу медуз, которые известны как одни из самых ядовитых животных в мире, и их укусы могут вызывать паралич и даже смерть в крайних случаях.
Чтобы жалить и ориентироваться в водном мире, медузы не имеют централизованного мозга, как большинство представителей животного мира. У них есть четыре параллельные структуры, похожие на мозг, в каждой из которых находится около 1 000 нервных клеток. Для сравнения: мозг человека насчитывает около 100 млрд. нервных клеток. Карибские коробчатые медузы обладают сложной зрительной системой, состоящей из 24 глаз, встроенных в их колоколообразное тело. С помощью этого уникального зрения они ориентируются в мутной воде мангровых болот, выискивая добычу и ныряя под корни подводных деревьев.
"Раньше считалось, что медузы способны лишь к простейшим формам обучения, включая привыкание, т.е. способность привыкать к определенному раздражителю, например, к постоянному звуку или постоянному прикосновению", - говорится в заявлении соавтора исследования, нейробиолога из Копенгагенского университета Андерса Гарма. "Теперь мы видим, что медузы обладают гораздо более тонкой способностью к обучению и что они действительно могут учиться на своих ошибках. И при этом изменять свое поведение".
В данном исследовании для имитации естественной среды обитания медузы использовался круглый аквариум с серыми и белыми полосами. Серые полосы имитировали корни мангровых деревьев, которые в начале эксперимента казались удаленными. В течение 7,5 минут команда наблюдала за медузой в аквариуме. Вначале медузы плавали близко к этим, казалось бы, далеким полосам и часто на них натыкались. Однако к концу эксперимента медуза увеличила среднее расстояние до стены примерно на 50%, в четыре раза увеличила количество удачных поворотов, чтобы избежать столкновения с искусственным деревом, и вдвое сократила количество контактов со стеной.
Полученные результаты позволяют предположить, что медузы могут учиться на опыте и приобретать способность избегать препятствий в процессе, называемом ассоциативным обучением. В ходе этого процесса организмы формируют мысленные связи между сенсорными стимулами и поведением.
"Обучение является вершиной производительности для нервных систем", - сказал в своем заявлении Ян Билецки, соавтор исследования и нейробиолог из Кильского университета (Германия).
Билецки добавил, что для того, чтобы научить медузу новому трюку, "лучше всего использовать ее естественное поведение, то, что имеет смысл для животного, чтобы оно полностью раскрыло свой потенциал".
Затем специалисты попытались выяснить, что лежит в основе процесса ассоциативного обучения медузы, выделив зрительные сенсорные центры животного, называемые реопалией. В каждой ропалии находится шесть глаз, которые управляют пульсирующим движением медузы. Эти движения учащаются, когда медуза уклоняется от препятствия.
Они показывали неподвижному ропалиуму движущиеся серые полосы, имитирующие приближение желе к объектам, и ропалиум не реагировал на светло-серые полосы, по-видимому, воспринимая их как далекие. Затем исследователи обучили ропалиум слабым электрическим стимулам, имитирующим механические раздражения, возникающие при столкновении с объектом. После электрической стимуляции реопалиум начал генерировать сигналы об уклонении от препятствий в ответ на светло-серые полосы по мере их приближения.
Результаты этого этапа эксперимента показали, что для ассоциативного обучения медуз необходимо сочетание зрительных и механических стимулов и что центром обучения у животных, вероятно, служит риопалиум.
"Для фундаментальной нейронауки это очень большая новость. Она позволяет по-новому взглянуть на то, что можно сделать с помощью простой нервной системы", - говорит Гарм. "Это позволяет предположить, что развитое обучение могло быть одним из важнейших эволюционных преимуществ нервной системы с самого начала".
Команда планирует более глубоко изучить клеточные взаимодействия в нервной системе медузы, чтобы понять процесс формирования памяти, а также надеется понять, как работают механические датчики в теле медузы, чтобы составить более полную картину ее ассоциативного обучения.
"Удивительно, как быстро эти животные учатся; примерно в том же темпе, что и продвинутые животные", - говорит Гарм. "Даже простейшая нервная система, похоже, способна к продвинутому обучению, и это может оказаться чрезвычайно фундаментальным клеточным механизмом, изобретенным на заре эволюции нервной системы".