Quallen mit Lernfähigkeiten verblüffen Wissenschaftler

Quallen-Lernfähigkeiten: Anspruchsvolle neurologische Konzepte

Auch ohne zentrales Gehirn können Quallen wie Menschen, Mäuse und Fliegen aus vergangenen Erfahrungen lernen, berichten Wissenschaftler erstmals in der Fachzeitschrift vom 22. September. Aktuelle Biologie. Sie trainierten die Karibische Würfelqualle (Tripedalia cystophora) lernen, Hindernisse zu erkennen und ihnen auszuweichen. Die Studie stellt frühere Vorstellungen in Frage, dass verbessertes Lernen ein zentralisiertes Gehirn erfordert, und wirft Licht auf die evolutionären Wurzeln von Lernen und Gedächtnis.

Komplexe Vision in einem einfachen Organismus

Diese scheinbar einfachen Gelees sind nicht größer als ein Fingernagel und verfügen über ein komplexes visuelles System mit 24 Augen, die in ihren glockenartigen Körper eingebettet sind. Dieses in Mangrovensümpfen lebende Tier nutzt seine Sehkraft, um durch trübes Wasser zu navigieren und sich um Unterwasserbaumwurzeln zu winden, um Beute zu fangen. Wissenschaftler haben gezeigt, dass Gelees durch assoziatives Lernen die Fähigkeit erwerben können, Hindernissen auszuweichen, wobei die Organismen mentale Assoziationen zwischen Sinnesreizen und Verhaltensweisen bilden.

Eine karibische Würfelqualle. Bildnachweis: John Bielecki

„Lernen ist die Höchstleistung des Nervensystems“, sagt Erstautor Jan Pielecki von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Um einer Qualle erfolgreich einen neuen Trick beizubringen, sagt er, „ist es am besten, ihr natürliches Verhalten zu nutzen, etwas, das das Tier versteht, damit es sein volles Potenzial ausschöpft.“

Eine simulierte Lernumgebung

Um die natürliche Umgebung der Qualle nachzubilden, dekorierten die Forscher ein rundes Becken mit grauen und weißen Streifen, wobei die grauen Streifen entfernte Mangrovenwurzeln imitierten. Sie beobachteten die Quallen im Becken 7,5 Minuten lang. Zunächst schwamm das Gelee nahe an diesen scheinbar weit entfernten Linien vorbei und kollidierte häufig. Aber am Ende des Experiments hatte das Gelee seine durchschnittliche Entfernung um etwa 50 % vergrößert, die Anzahl erfolgreicher Drehungen zur Vermeidung einer Kollision vervierfacht und seinen Kontakt mit der Wand halbiert. Die Ergebnisse legen nahe, dass Quallen aus Erfahrungen durch visuelle und mechanische Reize lernen können.

Karibische Würfelquallen leben und ernähren sich zwischen Mangrovenwurzeln unter Wasser. Bildnachweis: Anders Gram

„Wenn Sie komplexe Strukturen verstehen wollen, beginnen Sie am besten so einfach wie möglich“, sagt der leitende Autor Anders Karm von der Universität Kopenhagen, Dänemark. „Wenn wir uns diese relativ einfachen Nervensysteme bei Quallen ansehen, haben wir eine größere Chance, alle Details zu verstehen und zu verstehen, wie alles zusammenwirkt, um Verhaltensweisen auszuführen.“

Lernzentrum verstehen

Anschließend versuchten die Wissenschaftler, den Prozess zu identifizieren, der dem assoziativen Lernen der Qualle zugrunde liegt, indem sie die visuellen Sinneszentren des Tieres, bekannt als Rhopalia, isolierten. Jede dieser Strukturen hat sechs Augen und erzeugt Schrittmachersignale, die die pulsierende Bewegung der Qualle steuern und deren Frequenz zunimmt, wenn sich das Tier von Hindernissen entfernt.

Die Forscher zeigten, dass die feste Raute graue Stäbchen bewegte, um die Annäherung des Tieres an Objekte nachzuahmen. Dieses System reagiert nicht auf hellgraue Bänder und interpretiert diese als 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 Barriere-Überwindungssignale zu erzeugen. Diese elektrischen Impulse ahmen die mechanischen Impulse einer Kollision nach. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass die Kombination visueller und mechanischer Reize für das assoziative Lernen bei Quallen wesentlich ist und dass das Rhopalium als Lernzentrum fungiert.

Zukünftige Richtungen

Als nächstes plant das Forschungsteam, tiefer in die zellulären Interaktionen des Nervensystems von Quallen einzutauchen, um die Gedächtnisbildung zu erforschen. Sie planen außerdem, die Funktionsweise des mechanischen Sensors in der Glocke besser zu verstehen, um ein vollständigeres Bild des assoziativen Lernens des Tieres zu zeichnen.

„Es ist erstaunlich, wie schnell diese Tiere lernen; es ist die gleiche Geschwindigkeit wie fortgeschrittene Tiere“, sagt Garm. „Es scheint, dass selbst das einfachste Nervensystem fortgeschrittenes Lernen durchführen kann, und dies könnte sich als der grundlegendste zelluläre Mechanismus herausstellen, der bei entdeckt wurde.“ der Beginn des evolutionären Nervensystems.

Um mehr über diese Studie zu erfahren: Das überraschende Wissen über Quallen verändert unser grundlegendes Verständnis des Gehirns.

Referenz: „Assoziatives Lernen bei der Qualle Tripedalia cystophora“ 22.09.2023, 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 Willam Foundation unterstützt.