Безмозглые медузы научились избегать препятствия

Исследователи из Германии и Дании доказали, что кубомедузы, не имеющие мозга, могут учиться на своих ошибках. Благодаря этому им удается избегать препятствий в естественной среде. Это может означать, что сложные нейронные процессы, лежащие в основе ассоциативного обучения, — свойство всех нервных систем, даже самых простых. Работа опубликована в Current Biology.

Способность к ассоциативному обучению обычно считается привилегией животных, имеющих мозг — позвоночных, членистоногих и моллюсков. У животных без центральной нервной системы в основном наблюдают более простое обучение — привыкание к повторяющимся стимулам или, наоборот, усиление реакции на них. Такое обучение называется неассоциативным, потому что не требует формирования связи между двумя несвязанными стимулами.

Однако несколько ранних исследований показали, что к формированию ассоциаций способны актинии Nematostella vectensis — простейшие животные из группы книдарий, у которых нет мозга. Ученые научили их связывать два стимула — удар током и свет, и в итоге актинии начинали сокращаться под действием света. При этом ни с током, ни с ярким светом актинии в естественной среде не сталкиваются — из-за этого неясно, влияет ли такая способность к ассоциативному обучению на их поведение.

Ян Белецкий (Jan Bielecki) из Кильского университета с коллегами из Дании сосредоточил внимание на другом представителе книдарий — маленькой кубомедузе Tripedalia cystophora, обитающей в Карибском море. Медузы T. cystophora питаются рачками, живущими в подводных корнях мангровых зарослей, поэтому им все время приходится маневрировать между этими корнями, чтобы не столкнуться с ними и не повредить мягкое тело. Считается, что кубомедузы оценивают контраст между корнями и окружающей средой и так определяют расстояние до препятствия. В этом им помогают глаза, которых насчитывается 24 — они собраны по шесть штук в четырех краевых тельцах (или ропалиях). Там же находятся скопления нейронов; мозга у кубомедуз все еще нет.

Видимость и контрастность корней сильно зависит от прозрачности воды, которая может меняться, — под это медузы должны подстраиваться. Чтобы разобраться, как им это удается, ученые провели несколько экспериментов. Сначала медуз поместили в резервуар, наполненный водой. Вместо мангровых корней на стенках резервуара были полосы, контрастность которых в разных тестах различалась. На полосы с высокой контрастностью медузы реагировали с самого начала — и не подплывали близко. А вот когда контрастность полос была низкой, медузы часто натыкались на стенки. Однако уже через 7,5 минуты частота столкновений снизилась на 50 процентов — с 1,8 до 0,78 в минуту. То есть после нескольких неудач медузы научились избегать препятствия, которые до этого плохо различали.

Исследователи предположили, что медузы учатся, объединяя визуальные стимулы и механические — то есть запоминают случаи, когда им все-таки не повезло врезаться в корень, и в результате спустя какое-то время меняют свое поведение. Это бы означало, что T. cystophora способны к сложному ассоциативному обучению. Чтобы это проверить, авторы провели другой тест. Они воздействовали на изолированные ропалии: показывали полоски разной контрастности и одновременно стимулировали нейроны током — стимуляция имитировала столкновение с препятствием. В итоге спустя пять минут и пять электрических импульсов нейроны стали чувствительны даже к низкоконтрастным полосам, на которые сначала не реагировали. А вот предъявление только одного стимула (полосы или удара током) не привело ни к какому результату.

Авторы пришли к выводу, что даже без мозга кубомедузы могут обучаться — и, судя по всему, используют это в своей обычной жизни. Вероятно, способность к ассоциативному обучению — фундаментальное свойство любых нервных систем. Ученые отметили, что, если это действительно так, кубомедузы могли бы стать хорошей моделью для исследования процессов, лежащих в основе обучения и памяти, — их нервная система достаточно проста, чтобы это было возможным.

Несколько лет назад ученые обнаружили, что другой вид медуз может спать — хотя считалось, что и это свойственно лишь животным с центральной нервной системой.