Die hirnlose Qualle zeigt die Fähigkeit zu lernen

In den sonnenbeschienenen Gewässern der Mangrovenwälder der Karibik schwanken winzige Quallen in den Schatten und wieder heraus. Würfelquallen unterscheiden sich von echten Quallen unter anderem durch ihr komplexes Sehsystem – traubengroße Raubtiere haben 24 Augen. Aber wie andere Quallen sind sie geistlos und kontrollieren ihre würfelförmigen Körper über ein verteiltes Netzwerk von Neuronen.

Es stellt sich heraus, dass dieses Netzwerk komplexer ist, als Sie vielleicht annehmen. Am Freitag veröffentlichten Forscher einen Bericht In der Zeitschrift Current Biology Das deutet darauf hin, dass die Würfelqualle der Art Tripedalia Cystophora lernfähig ist. Da sich die Würfelqualle schon vor langer Zeit von unserem Teil des Tierreichs abgespalten hat, könnte das Verständnis ihrer kognitiven Fähigkeiten Wissenschaftlern dabei helfen, die Entwicklung des Lernens zu verfolgen.

Das Schwierige an der Untersuchung des Lernens in einer Plastikdose bestand darin, ein alltägliches Verhalten zu finden, das Wissenschaftler den Lebewesen im Labor beibringen konnten.

Anders Jarm, Biologe an der Universität Kopenhagen und Autor der neuen Arbeit, sagte, sein Team habe beschlossen, sich auf die schnelle Rotation zu konzentrieren, die die Geleegläser machen, wenn sie kurz davor stehen, die Mangrovenwurzel zu treffen. Diese Wurzeln ragen wie schwarze Türme aus dem Wasser, während das sie umgebende Wasser im Vergleich dazu verblasst. Aber die Diskrepanz zwischen den beiden kann sich von Tag zu Tag ändern, da Schlamm das Wasser blockiert und es schwierig macht, zu sagen, wie weit die Wurzel entfernt ist. Wie können uns Gelpacks sagen, wenn wir zu nahe kommen?

„Die Hypothese war, dass sie das lernen mussten“, sagte Dr. Jarm. „Wenn sie in diese Lebensräume zurückkehren, müssen sie lernen: ‚Wie ist die Wasserqualität heute? Wie verändert sich die Variabilität heute?‘

Im Labor erstellten die Forscher Bilder abwechselnd dunkler und heller Linien, die Mangrovenwurzeln und Wasser darstellten, und kleideten damit die Innenseiten von Eimern mit einer Breite von etwa fünfzehn Zentimetern aus. Wenn die Linien stark schwarz und weiß waren, was optimale Wasserklarheit darstellte, kam die Gelpackung nie in die Nähe der Eimerwände. Da jedoch der Kontrast zwischen den Linien geringer war, stießen die Gelpackungen sofort an sie. Dies war die Chance für die Wissenschaftler zu sehen, ob sie lernen würden.

Nach einigen Kollisionen änderten die Gummibärchen ihr Verhalten. Weniger als acht Minuten nachdem sie den Eimer erreicht hatten, schwammen sie 50 Prozent vom Muster an den Wänden weg und die Häufigkeit, mit der sie das Flip-Manöver durchgeführt hatten, hatte sich fast vervierfacht. Sie scheinen die Linien vor sich mit dem Gefühl einer Kollision zu assoziieren.

Im weiteren Verlauf entfernten die Forscher visuelle Neuronen aus Würfelquallen und untersuchten sie in einer Schüssel. Den Zellen wurden Bilder von Streifen gezeigt, während sie einen kleinen elektrischen Impuls empfingen, der die Kollision darstellte. Innerhalb von etwa fünf Minuten begannen die Zellen, das Signal zu senden, das die gesamte Würfelqualle in Rotation versetzen würde.

„Es ist erstaunlich zu sehen, wie schnell sie lernen“, sagte Jan Bielecki, Postdoktorand am Institut für Physiologie der Universität Kiel in Deutschland und Autor der Studie.

Forscher, die nicht an der Studie beteiligt waren, bezeichneten die Ergebnisse als einen wichtigen Fortschritt beim Verständnis der Ursprünge des Lernens. „Dies ist erst das dritte Mal, dass assoziatives Lernen bei Nesseltieren überzeugend demonstriert wurde“, sagte Ken Cheng, Professor an der Macquarie University in Sydney, Australien, der Tiere untersucht. „Das ist die erstaunlichste Anzeige voller physiologischer Daten.“

Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Würfelquallen über ein gewisses Maß an Kurzzeitgedächtnis verfügen, da sie ihr Verhalten aufgrund früherer Erfahrungen ändern können, sagte Michael Abrams, ein Postdoktorand an der University of California in Berkeley, der die Neurowissenschaften des Quallenschlafs erforscht. Er fragt sich, wie lange sich die Gummibärchen an das erinnern, was sie gelernt haben. Wenn man sie für eine Stunde aus dem Becken nimmt und dann wieder hineinsetzt, müssen sie dann noch einmal lernen, was zu tun ist?

In zukünftigen Arbeiten hoffen die Forscher, die spezifischen Zellen zu identifizieren, die die Fähigkeit der Würfelqualle steuern, aus Erfahrungen zu lernen. Dr. Jarm und seine Kollegen sind neugierig auf die molekularen Veränderungen, die in diesen Zellen auftreten, wenn Tiere neue Informationen in ihr Verhalten integrieren.

Sie fragen sich auch, ob die Fähigkeit zu lernen bei Neuronen universell ist, unabhängig davon, ob sie Teil des Gehirns sind. Dies könnte ihr seltsames Fortbestehen im Baum des Lebens erklären.

„Es gibt Organsysteme, die ständig kommen und gehen“, sagte Dr. Jarm. „Aber Nervensysteme – einmal da, verschwinden sie selten wieder.“

Vielleicht ist die Lernfähigkeit einer der Gründe, warum sie hier bleiben.