Een verrassende kwalvondst daagt de kennis over leren en geheugen uit

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke vooruitgang en meer.

CNN
—

Uit een nieuwe studie blijkt dat Caribische kwallen, dieren die doelloos door het leven lijken te zweven en geen centraal brein hebben, nog steeds het vermogen hebben om snel te leren en informatie vast te houden.

De ontdekking zet het al lang bestaande idee onderuit dat organismen niet kunnen deelnemen aan associatief leren zonder een centraal zenuwstelsel, zo blijkt uit een studie die vrijdag in het tijdschrift is gepubliceerd. Huidige biologie.

Studie-geleid Anders Jarmuniversitair hoofddocent mariene biologie aan de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken, maakt deel uit van lopend onderzoek naar het gedrag van kwallen buiten de oceaan. Instituut voor Fysiologie aan de Keele Universiteit In Duitsland.

“We hebben gekeken naar visueel gedrag en allerlei soorten ervaringen, en leren is gewoon een natuurlijke vooruitgang”, zegt eerste auteur Jan Bilecki, een postdoctoraal fellow in visuele neuro-ethiek aan de Kiele Universiteit.

Na jarenlang met Caribische dooskwallen te hebben gewerkt, was het team niet geschokt toen ze ontdekten dat de dieren konden leren, maar “het was een verrassing hoe snel ze leerden”, zei Bilecki.

De Caribische dooskwal, ook bekend onder de wetenschappelijke naam Tripedalia Cystophora, heeft 24 ogen – zes in elk van de vier visuele sensorische centra die rhopalia worden genoemd. Het gelatineuze lichaam van de kwal, bekend als een bel vanwege zijn vorm, kan gemakkelijk blauwe plekken krijgen, een mogelijk nadeel wanneer het wezen zich tussen mangrovewortels in het Caribisch gebied beweegt. Zwemmen in de wortel kan schade veroorzaken die leidt tot bacteriële infecties en uiteindelijk de dood, zei Bilecki.

“We waren er dus vrij zeker van dat deze dieren konden leren, omdat het vermijden van mangrovewortels een cruciaal leerproces voor hen is als ze willen overleven,” zei hij.

Om het leervermogen van de dieren te testen, bekleedden de onderzoekers de binnenkant van een ronde tank met grijze en witte strepen. De grijze lijnen van de 24 ogen van de kwal zouden zo donker lijken als een verre mangrovewortel in hun natuurlijke habitat. Gedurende 7,5 minuten hielden de onderzoekers de kwallen in de gaten om te zien of de dieren tegen de lijnen botsten of leerden afstand te houden.

De eerste paar minuten zwom de kwal dicht bij de muren of botste tegen de muren. Maar binnen vijf minuten veranderden de dingen.

De kwal kreeg een combinatie van visuele stimulatie van de lijnen en mechanische stimulatie door tegen obstakels aan te botsen.

“Ze hebben geleerd dat ze deze stimuli tegelijkertijd krijgen (en) dat ze obstakels vermijden”, zei Bilecki. “zij Verbeterde prestaties op alle criteria die we hebben gemeten om knelpunten te voorkomen.

De onderzoekers vervingen vervolgens de lijnen door een effen grijs veld. De kwal raakte hem keer op keer.

“Er was geen visueel signaal, dus ze hebben niets geleerd”, zei Bilecki. “Ze bleven dingen tegenkomen en reageerden niet.”

Ten slotte voerden de onderzoekers een neurofysiologisch experiment uit, waarbij de nadruk lag op de manier waarop rupalia een elektrisch signaal afgeeft dat de pulserende beweging of zwemsamentrekkingen aanstuurt die kwallen maken om zichzelf door het water voort te stuwen. Hun polssnelheid neemt dramatisch toe terwijl ze bewegen om obstakels te vermijden.

Wetenschappers isoleerden de rupalia door hem van de bel te scheiden. Maar mangrovewortelvervangers zijn verplaatst. Het zichtmechanisme van de kwal bleef dus constant terwijl de lijnen bewogen. Kan het visuele systeem leren dat het grijze lijnen moet vermijden?

Wetenschappers hebben een systeem aangesloten dat een zwak elektrisch signaal naar visuele sensorische centra kan sturen. Toen Robalia het signaal dat normaal gesproken de zwemcontracties zou stimuleren niet activeerde, Wetenschappers hebben het voor hen gedaan. Al snel begonnen de rupalia het signaal zonder enige aanwijzing uit te zenden, zelfs ondanks de lichtgrijze balken die veel minder contrasteerden met de rest van de omgeving.

Bilecki zei dat ze tot hun bevindingen kwamen omdat het experiment “gedragsrelevant” was voor kwallen. De onderzoekers plaatsten de dieren in een situatie die vergelijkbaar is met wat ze in het wild zouden tegenkomen.

“Dus visuele stimulatie en mechanische stimulatie zijn iets dat (voorkomt) in hun natuurlijke omgeving”, zei hij. “Ze weten precies wat ze hiermee moeten doen.”

Dr. Michael Abrams, een onderzoeker bij de afdeling Moleculaire en Celbiologie aan de Universiteit van Californië, Berkeley, die uitgebreid onderzoek heeft gedaan naar kwallen en slaap, zei dat de studie robuust was. Abrams was niet betrokken bij het nieuwe onderzoek.

“Wetenschappers hebben een zeer overtuigend experimenteel model gecreëerd om associatief leren bij deze dooskwal te meten. Hun bevindingen kunnen ook bewijs zijn van een zekere mate van kortetermijngeheugen”, zei Abrams in een e-mail. Hij voegde eraan toe dat de studie duidelijk het vermogen van het dier aantoonde om te leren, waardoor hij zich afvroeg: “Hoe lang zal zijn geheugen duren?”

Terwijl hij promoveerde bij Caltech, werkte Abrams in 2017 aan een onderzoek naar de omgekeerde kwal (Cassiopea) en zijn ‘slaapachtige toestand’, die ‘vroeger ook werd beschouwd als gedrag dat alleen voorkomt bij dieren met een centraal zenuwstelsel.’