У медуз нет мозга, но они способны обучаться на своих ошибках. Как это работает?
Если понаблюдать за медузами в море или аквариуме, создаётся впечатление, что эти животные плавают бесцельно. У медуз нет головного или спинного мозга. Но внезапно выяснилось, что медузы способны на поведение, которое не ожидаешь увидеть от существ с отсутствующей центральной нервной системой. Подробности — под катом.
Медузы, или μέδουσα, относятся к типу стрекающих. Уже известно, что представители некоторых видов стрекающих способны учиться на своих ошибках. Эти животные осознают (в той мере, в какой на это способны, конечно) условия, в которых они находятся, а также присутствие возможных хищников.
Международная команда учёных во главе с Яном Билецким из Кильского Университета обнаружила, что книдарии способны к оператному обусловливанию. Это тип ассоциативного обучения, при котором организм запоминает последствия собственного правильного или неправильного поведения в прошлом и при повторении ситуации корректирует поведение.
Крошечная кубомедуза Tripedalia Cysophora оказалась способной к такому обучению в борьбе за выживание. Её размеры не превышают человеческий ноготь, а строение организма кажется слишком простым, по сравнению с любым позвоночным животным. Но есть у Tripedalia Cysophora и особенности, например, относительно сложная зрительная система.
У животного 24 «глаза» — 16 фоторецепторов и 8 настоящих глаз. Они расположены по окружности тела, и медуза пользуется каждым из органов зрения. Желеобразное существо обитает в мангровых мутных болотах, где столкновения с густой корневой системой деревьев приведёт к серьёзным повреждениям нежного организма. А благодаря глазам кубомедуза не только видит препятствия на пути, но и эффективно охотится.
Способности животного вдохновили Яна Билецкого на воссоздание среды обитания Tripedalia Cysophora в лабораторных условиях для наблюдений и опытов. Исследовательская группа поставила перед собой задачу выяснить, как кубомедуза избегает неприятностей на протяжении жизни, и способна ли она учиться на собственных ошибках.
Умение подстраиваться под условия окружающей среды ради выживания формируется под действием разных факторов. Ян Билецкий считает, что ведущую роль в этом процессе играет память и умение учиться на своем опыте. Для проверки этих способностей у медуз команда исследователей нанесла на стенки круглого аквариума белые и серые полосы, которые имитировали корни деревьев. Белые полосы играли роль корней, расположенных ближе к зрительной системе медуз, а серые — корней, расположенных вдалеке. Поведение медуз показало, что серые полосы у них не вызывали изменения в действиях, несмотря на то, что они были нанесены на том же расстоянии от животных, что и белые.
Сначала медузы постоянно сталкивались с контрастными полосками, но уже через 7,5 минут эти столкновения снизились на 50%. Также на мысль об оперантном обусловливании учёных натолкнули и результаты ещё одного теста. В среде обитания кубомедузы двигаются с большей скоростью, когда видят поблизости препятствие. В процессе эксперимента через время стало ясно, что при приближении к серым полосам медузы начинали плыть быстрее.
Так как у медуз нет мозга, чтобы осознавать возникшие изменения окружающей среды, их поведением явно руководили другие органы или и совокупность. Какие именно? Учёные препарировали несколько особей для детального изучения строения их нервной системы. У Tripedalia Cysophora есть на теле ропалии — короткие видоизменённые щупальца, каждый из которых связан с 4 фоторецепторами и 2 глазами. С их помощью медуза ощущает ритм своих движений.
Изолированные от тела ропалии также показали интересные результаты при исследовании. Учёные разместили перед каждым ропалием серые полосы, приближая их к щупальцам. В момент «столкновения» с препятствием в ропалии подавался слабый электрический разряд, имитирующий столкновение. Через некоторое время изолированные ропалии стали подавать слабый предупреждающий сигнал о препятствии. Это показало учёным, что из предположения верны: после тренировок в аквариуме нервная система медузы в тандеме с зрительной системой обучалась и заставляла животных менять поведение. Если бы ропалии оставались прикреплёнными к телу медузы, она бы избегала дальнейших столкновений в аквариуме.
Способность к оперантному обусловливанию присущи билатериям, например, членистоногим, моллюскам и позвоночным животным. Но Яну Билецкому и его коллегам впервые удалось доказать, что «низшие» животные также способны к формам ассоциативного обучения. Несмотря на то, что в процессе эволюции билатерии и книдарии получили разную организацию нервных систем, это сестринские группы животных. И подобные исследования способны открыть человечеству секреты о работе более сложно устроенных нервных систем, например, как у животных и людей.
«Сильная взаимосвязь между этими двумя группами (билатериями и книдариями) может указывать на то, что продвинутые нейронные процессы организмов, возникающие при оперантном обусловливании, являются фундаментальным свойством любых нервных систем», — предположили учёные в докладе.
Дальнейшие исследования на эту тему выявят ещё больше скрытых моментов в простой, на первый взгляд, нервной системе медуз и других представителей книдарий. В конечном итоге это позволило бы учёным выявить фундаментальные аспекты формирования сложного мозга животных и человека на начальном этапе эволюции.
