Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Zjawisko uczenia się wśród zwierząt to skomplikowany i różnorodny proces zależny od wielu czynników występujących nie tylko na poziomie międzygatunkowym, ale także wewnątrzgatunkowym, a nawet indywidualnym. Plastyczność repertuaru behawioralnego jest cechą wyróżniającą wszystkie zwierzęta i ma zasadnicze znaczenie dla ich ogólnego sukcesu ewolucyjnego. Wyróżnia się wiele mechanizmów, które mogą kształtować plastyczność behawioralną, ale wpływ wcześniejszych doświadczeń, czyli tworzenie pamięci i uczenie się,  jest niewątpliwie jednym z najważniejszych. Uczenie się obejmuje szeroki zakres złożoności, od prostego uwrażliwienia i przyzwyczajenia do wysoce zaawansowanego uczenia się, takiego jak wnikliwość i wnioskowanie. Tworzenie pamięci i uczenie się u zwierząt odbywa się w układzie nerwowym, przy czym ogólnie uważa się, że bardziej zaawansowane układy nerwowe realizują bardziej zaawansowane rodzaje uczenia się. Ze względu na ogromną złożoność sieci neuronowej większości mózgów zwierząt (nawet mózg Drosophila melanogaster składa się z około 200 000 neuronów i milionów synaps), wiele aspektów neurobiologii uczenia się są nadal mało poznanymi. 

Parzydełkowce (Cnidaria) są jednymi z najprostszych zwierząt z układem nerwowym i stwierdzono, że w większości wykazują one uczenie się nieasocjacyjne. Okazało się jednak, że nawet najprostsze umysły są zdolne do zaawansowanego "myślenia". Nowe badania opisane w artykule opublikowanym w „Current Biology” dowodzą, że niemająca mózgu karaibska meduza (Tripedalia cystophora) należąca do gromady kostkowców (Cubozoa), może zmieniać swoje zachowanie na podstawie wcześniejszych doświadczeń. Stworzenie wykorzystuje zdolność uczenia się wraz z zadziwiająco złożonym systemem wzrokowym, do poruszania się po mrocznych bagnach namorzynowych, które zamieszkuje.

Naukowcy już dawno zauważyli, że zwierzęta z typu parzydełkowców –  do której należą meduzy, koralowce i ukwiały – są zdolne do podstawowych form uczenia się, gdy wielokrotnie prezentowany jest im bodziec w ich środowisku. Reagują na niego mniej lub bardziej, podobnie jak ludzie. Przyzwyczajenie i uwrażliwienie są rodzajami tak zwanego uczenia się bez asocjacji, ponieważ nie wymagają połączeń między dwoma różnymi typami bodźców w celu wygenerowania reakcji. Uczenie asocjacyjne, które obejmuje łączenie różnych rodzajów bodźców w celu modyfikacji zachowania, jest uważane za bardziej zaawansowany rodzaj uczenia się. Do niedawna naukowcy uważali, że tylko zwierzęta z zaawansowanym układem nerwowym – takie jak ludzie i inne ssaki – są zdolne do uczenia się asocjacyjnego. Ponieważ układ nerwowy meduz jest rozproszony w całym ciele, bez scentralizowanej struktury przypominającej mózg, zwierzęta te były postrzegane jako niezdolne do uczenia się asocjacyjnego. 

Nawet wśród innych bezmózgich zwierząt T. cystophora jest wyjątkowym stworzeniem. Podczas gdy większość parzydełkowców może jedynie słabo wykrywać źródła światła, to maleńka karaibska meduza, stworzenie mające zaledwie 1 cm szerokości, ma aż 24 oczy rozmieszczone w skupiskach na całym ciele. To pozwala jej postrzegać świat z imponującymi szczegółami i poruszać się między podwodnymi korzeniami namorzynów Morza Karaibskiego i środkowego regionu Indo-Pacyfiku. Niezwykłe oczy meduzy sprawiają, że zwierzęta znakomicie unikają przeszkód o wysokim kontraście wizualnym, chociaż mętne środowisko, jakie zamieszkują, często utrudnia rozróżnianie obiektów. Aby dowiedzieć, się, w jaki sposób zwierzęta radzą sobie w ich środowisku, skonstruowali zbiornik wyłożony bodźcami wizualnymi w postaci szarych i białych pasków, które miały symulować korzenie namorzynów. Początkowo meduzy pływały blisko pasków i często wpadały na ściany zbiornika. Z czasem jednak zaczęły kojarzyć szare paski z bodźcem mechanicznym – bólem związanym z kolizją – i konsekwentnie od nich odpływały. Meduzy połączyły dwa różne rodzaje bodźców, aby zmienić swoje zachowanie – co jest cechą charakterystyczną uczenia asocjacyjnego. Co ciekawe, meduzy były również w stanie zmienić swoje zachowanie dość szybko, po zaledwie kilku zderzeniach ze ścianą zbiornika.

Naukowcy wyizolowali jeden z ośrodków wzrokowych meduzy, zwany ropalią. Każde ropalium zawiera sześć oczu i generuje sygnały elektryczne, które modulują ruch pulsacyjny meduzy. Gdy T. cystophora napotyka przeszkodę, ropalia wysyłają więcej sygnałów, powodując skręt zwierzęcia. Badacze pokazali ropalium obraz poruszającego się szarego paska, aby zasugerować meduzie zbliżanie się do korzenia namorzynu. Początkowo ośrodek wzrokowy nie reagował, ale gdy naukowcy dodali słaby wstrząs elektryczny, aby naśladować mechaniczny bodziec kolizji, ropalium zaczęło generować rodzaj sygnałów elektrycznych o wysokiej częstotliwości, które nakazują omijanie przeszkód. Odkrycia te pokazały, że struktura, która funkcjonuje jako rodzaj miniaturowego mózgu wzrokowego, służy również jako centrum uczenia się. 

Wyniki badań są intrygujące, ponieważ sugerują, że uczenie się jest integralną częścią funkcji neuronów i prawdopodobnie czymś, co wyewoluowało wcześnie i zachowało się u różnych gatunków zwierząt. Takie wyjaśnienie ma sens ewolucyjny, ponieważ uczenie się jest niezbędne do przetrwania. Jeśli zwierzę nie może zmienić swojego zachowania w oparciu o wcześniejsze doświadczenia, jest prawdopodobne, że znajdzie się w śmiertelnie niebezpiecznych sytuacjach. Fakt, że meduzy są jednymi z najstarszych zwierząt na świecie – według niektórych szacunków żyją na Ziemi od ponad 500 milionów lat – jest dowodem, że rzeczywiście nauczyły się czegoś w tym czasie.

Opracowano na podstawie:
No brain, no problem. Jellyfish learn just fine
Associative learning in the box jellyfish Tripedalia cystophora