Eine überraschende Qualle stellt heraus, was über Lernen und Gedächtnis bekannt ist

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Eine neue Studie kommt zu dem Ergebnis, dass Karibische Quallen – Tiere, die scheinbar ziellos durchs Leben schweben und kein zentrales Gehirn haben – dennoch die Fähigkeit haben, schnell zu lernen und Informationen zu speichern.

Laut einer am Freitag in der Fachzeitschrift veröffentlichten Studie stellt die Entdeckung die seit langem bestehende Vorstellung auf den Kopf, dass Organismen ohne ein Zentralnervensystem kein assoziatives Lernen betreiben können. Aktuelle Biologie.

Studiengeleitet Anders Jarmaußerordentlicher Professor für Meeresbiologie an der Universität Kopenhagen in Dänemark, ist Teil der laufenden Forschung zum Verhalten von Quallen außerhalb des Ozeans. Institut für Physiologie an der Keele University in Deutschland.

„Wir haben uns mit visuellem Verhalten und allen Arten von Erfahrungen befasst, und Lernen ist einfach ein natürlicher Fortschritt“, sagte Erstautor Jan Bilecki, Postdoktorand für visuelle Neuroethik an der Kieler Universität.

Nach jahrelanger Arbeit mit karibischen Würfelquallen war das Team nicht schockiert, als es feststellte, dass die Tiere lernen konnten, aber „es war eine Überraschung, wie schnell sie lernten“, sagte Bilecki.

Die Karibische Würfelqualle, auch unter dem wissenschaftlichen Namen Tripedalia Cystophora bekannt, hat 24 Augen – sechs in jedem der vier visuellen Sinneszentren, Rhopalia genannt. Der gallertartige Körper der Qualle, der wegen seiner Form auch als Glocke bekannt ist, kann leicht Druckstellen bekommen, was ein potenzieller Nachteil ist, wenn sich die Kreatur zwischen Mangrovenwurzeln in der Karibik bewegt. Das Eindringen in die Wurzel könne zu Schäden führen, die zu einer bakteriellen Infektion und schließlich zum Tod führen, sagte Bilecki.

„Wir waren uns also ziemlich sicher, dass diese Tiere lernen konnten, denn (das Vermeiden von Mangrovenwurzeln) ist für sie ein entscheidender Lernprozess, wenn sie überleben wollen“, sagte er.

Um die Lernfähigkeit der Tiere zu testen, kleideten die Forscher die Innenseite eines runden Beckens mit grauen und weißen Streifen aus. Die grauen Linien der 24 Augen der Qualle würden in ihrem natürlichen Lebensraum so dunkel erscheinen wie eine entfernte Mangrovenwurzel. 7,5 Minuten lang beobachteten die Forscher die Quallen, ob die Tiere mit den Leinen kollidierten oder lernten, Abstand zu halten.

In den ersten Minuten schwammen die Quallen dicht an den Wänden vorbei oder stießen dagegen. Aber innerhalb von fünf Minuten änderten sich die Dinge.

Die Quallen erhielten eine Kombination aus visuellem Reiz durch die Leinen und mechanischem Reiz durch das Anstoßen gegen Hindernisse.

„Sie haben gelernt, dass sie diese Reize gleichzeitig erhalten (und) Hindernissen ausweichen“, sagte Bilecki. „Sie Leistungssteigerung bei allen von uns gemessenen Kriterien zur Vermeidung von Engpässen.

Anschließend ersetzten die Forscher die Linien durch ein durchgezogenes graues Feld. Die Qualle traf ihn immer wieder.

„Es gab keinen visuellen Hinweis, also haben sie nichts gelernt“, sagte Bilecki. „Sie stießen immer wieder auf Dinge und reagierten nicht.“

Schließlich führten die Forscher ein neurophysiologisches Experiment durch, bei dem es darum ging, wie Rupalia ein elektrisches Signal aussendet, das die pulsierenden Bewegungen oder Schwimmkontraktionen antreibt, die Quallen ausführen, um sich durch das Wasser fortzubewegen. Ihre Pulsgeschwindigkeit erhöht sich dramatisch, wenn sie sich bewegen, um einem Hindernis auszuweichen.

Wissenschaftler isolierten die Rupalia, indem sie sie von der Glocke trennten. Aber Ersatzstoffe für Mangrovenwurzeln wurden verschoben. Der Sehmechanismus der Qualle blieb also konstant, während sich die Linien bewegten. Kann das visuelle System lernen, graue Linien zu meiden?

Wissenschaftler haben ein System angeschlossen, das ein schwaches elektrisches Signal an visuelle Sinneszentren senden kann. Als Robalia das Signal, das normalerweise Schwimmkontraktionen stimulieren würde, nicht aktivierte, Wissenschaftler haben es für sie getan. Bald begann die Rupalia ohne Aufforderung das Signal zu senden, selbst für die hellgrauen Balken, die viel weniger Kontrast zum Rest der Umgebung boten.

Bilecki sagte, sie seien zu ihren Erkenntnissen gekommen, weil das Experiment für Quallen „verhaltensrelevant“ sei. Die Forscher versetzten die Tiere in eine ähnliche Situation wie in freier Wildbahn.

„Visuelle Stimulation und mechanische Stimulation finden also in ihrer natürlichen Umgebung statt“, sagte er. „Sie wissen genau, was sie damit machen sollen.“

Dr. Michael Abrams, ein Forscher in der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie der University of California in Berkeley, der umfangreiche Arbeiten zu Quallen und Schlaf durchgeführt hat, sagte, die Studie sei robust. Abrams war an der neuen Forschung nicht beteiligt.

„Wissenschaftler haben ein sehr überzeugendes experimentelles Modell zur Messung des assoziativen Lernens bei dieser Würfelqualle entwickelt. Ihre Ergebnisse könnten auch ein Beweis für ein gewisses Maß an Kurzzeitgedächtnis sein“, sagte Abrams in einer E-Mail. Er fügte hinzu, dass die Studie die Fähigkeiten des Tieres eindeutig demonstriere zu lernen, was ihn fragen ließ: „Wie lange wird sein Gedächtnis anhalten?“

Während seiner Doktorarbeit am Caltech arbeitete Abrams 2017 an einer Studie über die auf dem Kopf stehende Qualle (Cassiopea) und ihren „schlafähnlichen Zustand“, der „früher auch als ein Verhalten angesehen wurde, das nur bei Tieren mit einem zentralen Nervensystem vorkommt“.