Эволюция и память у медуз

Даже у медуз, лишенных центрального мозга, есть способность учиться на основе прошлого опыта, аналогично тому, как это происходит у людей, мышей и мух, утверждают учёные в статье, опубликованной в журнале "Current Biology". Исследователи обучили карибских медуз (Tripedalia cystophora) навыку избежания препятствий. Эта находка подвергает сомнению предыдущее представление о том, что сложное обучение требует наличия центрального мозга и раскрывает эволюционные корни процессов обучения и памяти.

Эти маленькие создания, обладают видимой простотой, но в действительности имеют сложную визуальную систему с 24 глазами, встроенными в их колокольчатое тело. Обитая в болотах, эти медузы используют свое зрение для перемещения в мутных водах и избегания подводных корней деревьев, чтобы поймать свою добычу. Ученые продемонстрировали, что медузы способны приобретать навыки избегания препятствий с помощью ассоциативного обучения — процесса, при котором организмы устанавливают связи между сенсорной стимуляцией и поведением.

"Обучение — это высший показатель работы нервной системы", говорит Ян Белецкий из Кильского университета, Германия, первый автор исследования.

Он считает, что для успешного обучения, медузе лучше всего использовать её естественное поведение, чтобы полностью раскрыть свой потенциал.

Исследователи разместили медуз в специальном аквариуме, имитирующем естественную среду обитания медузы, с полосами, напоминающими корни мангровых деревьев, и следили за ними в течение 7,5 минут. В начале эксперимента медузы подходили близко к серым полосам, которые казались далекими, и часто сталкивались с ними. Однако к концу исследования медузы увеличили среднее расстояние до препятствий на 50%, увеличили количество успешных избеганий столкновений в четыре раза и сократили время контакта со стеной наполовину. Это показало, что медузы способны учиться на опыте, используя визуальные и механические стимулы.

"Если вы хотите разгадать сложные механизмы, начните с чего-то простого", — сказал Андерс Гарм из Копенгагенского университета, Дания, старший автор исследования. "Изучение относительно простых нервных систем медуз позволяет нам лучше понять их структуру и то, как они соединяются для формирования определенного поведения".

Затем исследователи попытались выяснить основной процесс ассоциативного обучения медуз, изолировав визуальные сенсорные центры, известные как хопалии. Каждая из этих структур содержит шесть глаз и управляет пульсирующими движениями медузы, которые увеличиваются, когда они избегают препятствий.

Исследователи показали структуре хопалиум серые полосы, чтобы имитировать подход медузы к препятствиям. Сначала хопалиум не реагировал на светло-серые полосы, интерпретируя их как далекие объекты. Однако после того, как исследователи обучили хопалиум слабым электрическим стимулам при приближении серых полос, он начал создавать сигналы уклонения от препятствий в ответ на светло-серые полосы. Эти электрические стимуляции имитировали механические стимулы столкновения. Результаты также показали, что визуальные и механические стимулы совместно участвуют в ассоциативном обучении у медуз, а хопалиум играет роль учебного центра.

Следующим шагом команды будет изучение клеточных взаимодействий в нервных системах медуз, чтобы лучше понять механизмы формирования памяти. Исследователи также намерены более глубоко изучить механический датчик в колоколе медузы, чтобы полностью разгадать процесс ассоциативного обучения у этого животного.

"Удивительно, насколько быстро эти существа способны учиться. Это происходит примерно с той же скоростью, что и у более сложных организмов", — отмечает Гарм. "Даже простейшая нервная система, похоже, способна выполнять сложное обучение, и это может представлять собой крайне важный клеточный механизм, сформировавшийся на ранних этапах эволюции нервной системы".