Quallen verblüffen Wissenschaftler mit ihren Lernfähigkeiten

Quallen verfügen trotz ihres Fehlens eines zentralen Gehirns über fortgeschrittene Lernfähigkeiten, die denen von Menschen und anderen komplexen Organismen ähneln, und stellen damit traditionelle Vorstellungen über neuronale Lernprozesse in Frage.

Lernfähigkeiten von Quallen: herausfordernde neurowissenschaftliche Konzepte

Auch ohne zentrales Gehirn können Quallen wie Menschen, Mäuse und Fliegen aus früheren Erfahrungen lernen, berichteten Wissenschaftler erstmals am 22. September in der Zeitschrift. Aktuelle Biologie. Sie trainierten karibische Quallen (Tripidalia cestophora), um zu lernen, wie man Hindernisse erkennt und ihnen ausweicht. Die Studie stellt frühere Vorstellungen in Frage, dass fortgeschrittenes Lernen ein zentrales Gehirn erfordert, und wirft Licht auf die evolutionären Wurzeln von Lernen und Gedächtnis.

Komplexe Vision in einer einfachen Kreatur

Diese scheinbar einfachen Quallen sind nicht größer als ein Fingernagel und verfügen über ein komplexes visuelles System mit 24 Augen, die in ihren glockenförmigen Körper eingebettet sind. Dieses Tier lebt in Mangrovensümpfen und nutzt seine Sehkraft, um durch trübes Wasser zu navigieren und Unterwasserbaumwurzeln zu umgehen, um Beute zu jagen. Wissenschaftler haben gezeigt, dass Gelees die Fähigkeit erwerben können, Hindernissen durch assoziatives Lernen auszuweichen, einem Prozess, bei dem Organismen mentale Assoziationen zwischen Sinnesreizen und Verhaltensweisen bilden.

Karibische Qualle. Bildnachweis: Jan Bilecki

„Lernen ist die ultimative Funktion des Nervensystems“, sagt Erstautor Jan Bielecki von der Universität Kiel in Deutschland. Um einer Qualle erfolgreich einen neuen Trick beizubringen, sagt er, „ist es am besten, sich ihr natürliches Verhalten zunutze zu machen, das für das Tier sinnvoll ist, bis es sein volles Potenzial erreicht.“

Simulierte Lernumgebung

Um den natürlichen Lebensraum der Qualle nachzubilden, dekorierten die Forscher ein rundes Becken mit grauen und weißen Streifen, wobei die grauen Streifen die Wurzeln entfernter Mangrovenbäume imitierten. Sie beobachteten die Quallen im Becken 7,5 Minuten lang. Zuerst schwamm die Qualle in der Nähe dieser scheinbar weit entfernten Linien und stieß immer wieder mit ihnen zusammen. Aber am Ende des Experiments hatte das Gel seinen durchschnittlichen Abstand zur Wand um etwa 50 % vergrößert, die Anzahl erfolgreicher Drehbewegungen zur Vermeidung einer Kollision vervierfacht und seinen Kontakt mit der Wand um die Hälfte reduziert. Die Ergebnisse legen nahe, dass Quallen aus Erfahrungen durch visuelle und mechanische Reize lernen können.

Karibische Quallen leben und ernähren sich zwischen den Unterwasserwurzeln von Mangrovenbäumen. Bildnachweis: Anders Gram

„Wenn man komplexe Strukturen verstehen will, ist es immer eine gute Idee, so einfach wie möglich zu beginnen“, sagt der leitende Forscher Anders Jarm von der Universität Kopenhagen in Dänemark. „Wenn wir uns diese relativ einfachen Nervensysteme bei Quallen ansehen, haben wir eine viel größere Chance, alle Details zu verstehen und zu verstehen, wie sie zusammenwirken, um Verhaltensweisen auszuführen.“

Entschlüsseln Sie das Lernzentrum

Anschließend versuchten die Wissenschaftler, den grundlegenden Prozess des assoziativen Lernens von Quallen zu bestimmen, indem sie die visuellen Sinneszentren des Tieres, Rupalia genannt, isolierten. Jede dieser Strukturen hat sechs Augen und erzeugt Schrittmachersignale, die die pulsierende Bewegung der Qualle steuern, deren Frequenz zunimmt, wenn das Tier Hindernissen entkommt.

Die Forscher zeigten, dass sich das stationäre Rubalium mit grauen Balken bewegt, um die Annäherung des Tieres an Objekte nachzuahmen. Die Struktur reagierte nicht auf die hellgrauen Balken und interpretierte sie als weit entfernt. Nachdem die Forscher das Robalium jedoch mit schwacher elektrischer Stimulation trainiert hatten, als sich die Balken näherten, begann es als Reaktion auf die hellgrauen Balken Signale zur Vermeidung von Hindernissen zu erzeugen. Diese elektrischen Stimulationen ahmen die mechanischen Reize einer Kollision nach. Die Ergebnisse zeigten auch, dass für assoziatives Lernen bei Quallen eine Kombination aus visuellen und mechanischen Reizen erforderlich ist und dass das Rubalium als Lernzentrum fungiert.

Zukunftstrends

Als nächstes plant das Forschungsteam, tiefer in die zellulären Interaktionen des Nervensystems der Qualle einzutauchen, um den Prozess der Gedächtnisbildung zu entschlüsseln. Sie wollen auch verstehen, wie der mechanische Sensor in der Glocke funktioniert, um ein vollständiges Bild des assoziativen Lernens des Tieres zu zeichnen.

„Es ist erstaunlich, wie schnell diese Tiere lernen; „Es ist ungefähr so ​​schnell wie fortgeschrittene Tiere“, sagt Garm. „Selbst das einfachste Nervensystem scheint zu fortgeschrittenem Lernen fähig zu sein, und dies könnte sich als ein sehr grundlegender zellulärer Mechanismus herausstellen, der zu Beginn des evolutionären Nervensystems erfunden wurde.“

Weitere Informationen zu dieser Studie finden Sie unter Jellyfish’s Surprising Thought Changes Our Basic Understanding of the Brain.

Referenz: „Kooperatives Lernen in der Würfelqualle Tripedalia Cystophora“ 22. September 2023, Aktuelle Biologie.
doi: 10.1016/j.cub.2023.08.056

Diese Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Danish Research Council (DFF) und der Villum Foundation unterstützt.