To stworzenie nie ma mózgu, a potrafi się uczyć

Moment odnalezienia i pobrania próbki tajemniczego "złotego jaja"

Źródło: NOAA Ocean Exploration, Seascape Alaska

W wodach otaczających wschodnią oraz zachodnią Amerykę, a także południowo-wschodnią Anglię, żyje niezwykłe zwierzę. Według najnowszych badań, ukwiał z gatunku Nematostella vectensis jest zdolny do uczenia się. Dowodem na to ma być umiejętność zapamiętywania związku między światłem a impulsami elektrycznymi.

- Dokładnie nazywa się to uczeniem asocjacyjnym - powiedział Simon Sprecher, neurobiolog z Uniwersytetu we Fryburgu Szwajcarskim i jeden z autorów badania. Metoda ta polega na uczeniu się ze skojarzeń i łączeniu poszczególnych elementów w jedno łączące je skojarzenie. - To dowód na to, że nawet zwierzęta bez mózgu potrafią wykazywać złożone zachowania za sprawą swojego układu nerwowego.

Zwierzęta, których mózgi są dobrze rozwinięte, potrafią łatwo powiązać bodziec z reakcją i zmienić swoje zachowanie w oparciu o to, czego się nauczyły i zapamiętały. Przykładem może być rozgrzana kuchenka. Jeśli zdarzyło ci się takowej dotknąć i odczułeś ból, następnym razem będziesz uważniejszy i tak zmodyfikujesz swoje zachowanie, by nie zrobić tego ponowne. Badacze są zdania, że zdolność do zapamiętywania takich rzeczy pojawiła się wraz z ewolucją systemów nerwowych, regulując tak zwaną neuroplastyczność w mózgu.

Jednak nie wszystkie zwierzęta mają ten organ. Pozbawione są niego choćby meduzy i właśnie ukwiały. Zamiast tego mają zdecentralizowaną sieć nerwową, co oznacza, że jeśli już wykazują zdolność do uczenia, to nie metodą asocjacyjną.

Akcja, akcja i reakcja

Chcąc dowiedzieć się więcej na temat umiejętności, Sprecher i jego koledzy z Uniwersytetu we Fryburgu oraz Uniwersytetu w Barcelonie w Hiszpanii przeprowadzili eksperymenty warunkowania klasycznego z użyciem światła i wstrząsu elektrycznego. W tego typu eksperymencie początkowo neutralne wydarzenie jest łączone z biologicznie istotnym wynikiem w postaci nagrody (pozytywnie) lub kary (negatywnie).

Autorzy pracy podkreślili, że poprzednie badania, wykonane 40 lat temu, nie dostarczyły jednoznacznych dowodów na występowanie warunkowania klasycznego u ukwiałów. Analiz tych nigdy więcej nie wykonano ponownie.

Zespół badał zachowanie ukwiałów poprzez dwa rodzaje próby. W jednej impulsy świetlne i elektryczne następowały równocześnie, w drugiej nie były zsynchronizowane. By zmusić zwierzęta do cofnięcia macek, używali niewielkich wstrząsów elektrycznych. Wstrząs pojawiał się w tym samym czasie, co światło bądź nie. Potem przetestowali ich reakcje na samo światło.

72 procent zwierząt z grupy, która doświadczała jednocześnie wstrząsu elektrycznego i światła, cofało swoje macki przy samym świetle. W przypadku tych ukwiałów, które otrzymywały wstrząs i światło w różnym czasie, podobne zachowanie wykazało 30 procent z nich.

Za pomocą oprogramowania do śledzenia długości ciała zwierząt w każdym punkcie testu zespół zmierzył również zakres retrakcji, czyli obkurczania. Stwierdzili, że największa długość retrakcji cechowała zwierzęta, które doświadczyły jednoczesnego impulsu elektrycznego i światła.

- Ogólnie rzecz biorąc, zwierzęta te wykazywały ilościowo i jakościowo inną odpowiedź behawioralną w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi, które otrzymywały niesparowane bodźce - przekazali naukowcy.

Nie jest jednak jasne, czy ukwiały te mają te same rodzaje neuroprzekaźników lub neuromodulatorów - takich jak serotonina i dopamina - tak samo jak u nas. Możliwe więc, że uczenie się metodą asocjacyjną wyewoluowało u nich niezależnie.

Chcą badać dalej

Jak stwierdzili badacze, u większości tak zwanych organizmów modelowych zidentyfikowano zdefiniowane obwody neuronowe i mechanizmy molekularne, które odpowiadają za określone formy wspomnień. U tych ukwiałów umiejętność uczenia się jest przykładem "ucieleśnionego poznania". To zachęca do kolejnych badań, tym razem dotyczących struktury pamięci u organizmów, które nie mają mózgu.

- Wiemy bardzo niewiele o działaniu procesu uczenia się u zwierząt, które mają pozornie prosty układ nerwowy. Mamy już niezbędne ramy, aby pchnąć nasze badania dalej - podsumował Sprecher.

Dokładne badania na ten temat ujrzały światło dzienne w ostatnim wydaniu czasopisma naukowego "Proceedings of the National Academy of Sciences". Fotografia przedstawiająca głowę Nematostella vectensis autorstwa Gaelle Botton-Amiot została wykorzystana nawet jako jego okładka.