水母學習沒有腦子,讓科學家大吃一驚

Mondo 科學 更新 2024-01-28

水母能告訴你為什麼海洋靠近海岸,或者想想以前從未出現過的東西——如果它只有大腦的話?也許吧,但水母沒有大腦。 相反,它們將簡單的神經系統分散在乙個透明的身體中。 出於這個原因,長期以來人們一直認為他們沒有能力學習超過習基礎水平,研究似乎支援這一觀點。

2024年,生物學家Ken Cheng撰寫了一篇關於刺胞動物習的系統綜述——刺胞動物門由水母、水螅和海蜥組成。 他發現了大量證據表明這些動物習習慣,這意味著它們可以習刺激。 換句話說,超級基礎習。

只有少數研究顯示了海葵協會的潛力習。 在這些**中,海葵被震驚了,同時展示了一盞燈。 隨著時間的流逝,即使它們沒有同時受到電擊,當光線出現時,動物也會縮回身體。 這是一種經典的條件反射,確實表明海葵形成了記憶並相應地調整了它們的行為。

但有乙個問題。 由於海葵很少在野外遇到震驚的科學家,因此尚不完全清楚這些研究是否證明了習有助於生存,或者只是誘發生物體的不自然行為。

為了了解刺胞動物是否以及如何學習習,基爾大學和哥本哈根大學的研究人員為加勒比箱形水母建立了乙個更自然的學校。 他們的發現挑戰了先進習需要大腦的信念。

對於無腦、無刺、藍莓大小的捕食者來說,加勒比箱形水母相當不錯。 他們整天在陽光普照的熱帶水域中游泳,在紅樹林的柱子和根部之間游泳。 這些根部提供保護,因為水母捕食它們選擇的獵物,這些獵物是被稱為橈足類的微小甲殼類動物。

這一切聽起來都是田園詩般的,但一如既往,在自然界中,危險比比皆是。 危險之一是根本身。 如果箱形水母脆弱的身體與其根部相撞,可能會傷害該生物。 天氣也會帶來風險。 它攪動淤泥和其他顆粒,使水變渾濁,抑制盒裝果凍看到柱子根部和安全航行的能力。 (加勒比箱形水母在水母中是獨一無二的,因為它們的眼睛在鈴鐺上。 大多數其他水母只能感知光明和黑暗。

研究人員想要確定箱形水母是否已經學會了避開柱子,或者不得不盲目地舔它們。 為了測試這一點,他們將果凍帶入實驗室,並使用圓形罐子建立了三個實驗條件。

第一輛坦克採用了高對比度的黑白條紋。 這種情況旨在模擬一天的清澈水,其中柱子很容易看到。 第二個坦克也包含條紋,但顏色對比度較低,以模擬陰沉的一天。 最後乙個坦克有均勻的灰色牆壁。

研究人員的目標是創造類似於箱形水母在野外實際遇到的條件,而不是與第三種水母密切接觸的刺胞動物。

習是神經學表現的巔峰之作,“該研究的第一作者,基爾大學博士後研究員Jan Bielecki說。 “最好利用它的自然行為,這對動物來說是有意義的,這樣它才能充分發揮其潛力。

事實證明,這些“無腦”生物的研究速度很快。 在低對比度的水桶中,果凍最初與牆壁相撞,但在不到 8 分鐘的時間裡,它們開始平均游動 50% 遠。 他們還將快速轉彎機動的次數增加了兩倍,以避免碰撞。

在乙個高對比度的桶中,水母通過粘在中心來完全避開牆壁。 相反,在灰色的桶中,他們不斷地敲響鈴鐺。 綜上所述,這些結果表明箱形水母開始將渾濁條紋與碰撞聯絡起來,並相應地調整其行為。

簡而言之,他們學到了。

我們可以看到,隨著狩獵的每一天開始,箱形水母通過結合視覺印象和感覺從當前的對比中學習,習在失敗的迴避行動中,“該研究的主要作者之一說。

1. 哥本哈根大學海洋生物學副教授安德斯·加拉姆(Anders Garam)告訴《基因工程與生物技術新聞》

“因此,儘管只有1000個神經細胞(每個眼睛結構) - 而我們的大腦有大約1000億個 - 它們可以連線各種印象的時間收斂並學習習連線 - 或者我們稱之為聯想習,”他補充說。

具體來說,這是一種稱為操作性條件反射的聯想習。 當有機體學會將自願行為與刺激或結果聯絡起來時,就會發生這種高階習。 乙個典型的例子是,乙隻實驗室老鼠被教導按下藍色按鈕來招待它,並避免按下紅色按鈕來刺激它。

正如研究人員在他們的研究中指出的那樣:“[這]提出了一種有趣的可能性,即高階神經元過程,如操作性條件反射,是所有神經系統的基本特性。 而不僅僅是那些基於集中式大腦的。

為了梳理箱形水母如何在沒有大腦的情況下學會習,研究人員測試了這種生物的rhopalia - 一種位於箱形水母鈴鐺上的感覺結構。 乙個成年盒裝果凍會有四個這樣的結構,每個結構有六隻眼睛。 這些結構還會產生“起搏器訊號”,在避開障礙物時控制果凍的脈衝運動和頻率峰值。

研究人員將分離的銠銠放入培養皿中以面對螢幕。 投射在螢幕上的影象顯示了不同對比度的移動條,類似於坦克實驗。 在試執行之前,銠對灰色或淺灰色條沒有反應,似乎是因為它將它們解釋為遙遠的。 然而,它確實為深灰色條生成了起搏器訊號。

在試驗期間,研究人員通過在螢幕上出現任何彩色條時給銥進行小電擊來訓練銥。 在測試的五分鐘內,銠開始產生起搏器訊號,以響應灰色條甚至淺灰色條。 這些結果表明,紅腹神經系統是加勒比箱形水母的習中心,這是一種結合視覺和機械刺激來學習習的物種。

我們的行為實驗表明,三到五次失敗的逃避動作足以改變水母的行為,使它們不再擊中根部。 有趣的是,這與果蠅或老鼠需要學習習的重複率大致相同,“Garm說。

研究人員將他們的研究結果發表在同行評審的《當代生物學》雜誌上。

在未來的研究中,研究小組希望確定哪些細胞精確控制箱形水母的學習和習能力,以及這些細胞如何將這些資訊轉化為行為。 還有乙個問題是水母如何形成記憶以及它們會保留多久。

該研究還提出了乙個問題,即更多的自然研究是否會在其他刺胞動物身上證明類似的結果。

這只是第三次在刺胞動物中令人信服地證明習的關聯,“沒有參與這項研究的程告訴紐約時報。 “這是最酷的演示,充滿了生理資料。

這些發現對於我們理解學習和習的演變也具有重要意義。 他們認為,聯想習可能是所有神經系統的屬性,而不僅僅是那些以大腦為中心的神經系統。 這有可能動搖習塑造我們共同進化歷史的程度和時間。

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