Θα μπορούσε μια μέδουσα να μας πει γιατί η θάλασσα έχει έρθει πιο έξω στην ακτή ή να σκεφτεί νέα πράγματα; Ίσως, αν είχε εγκέφαλο. Αλλά οι μέδουσες είναι... άμυαλες. Έχουν μόνο απλά νευρικά συστήματα διασκορπισμένα στο διάφανο σώμα τους. Για το λόγο αυτό, εδώ και πολύ καιρό πιστεύεται ότι είναι ανίκανες να μάθουν.
Κι όμως, τελικά ακόμα και αυτά τα "ανεγκέφαλα" όντα μπορούν να μάθουν, τουλάχιστον μέχρι ένα βασικό επίπεδο, όπως δείχνει πλέον και η έρευνα.
Το 2021, ο βιολόγος Κεν Τσενγκ έγραψε μια συστηματική ανασκόπηση για τη μάθηση στα κνιδόζωα - το γένος που αποτελείται από μέδουσες, ύδρες και θαλάσσιες ανεμώνες. Βρήκε σημαντικές ενδείξεις εξοικείωσης μεταξύ αυτών των ζώων, που σημαίνει ότι μπορούν να εξοικειωθούν με ένα ερέθισμα. Με άλλα λόγια, σούπερ βασική μάθηση.
Κάποιες μελέτες έδειξαν τη δυνατότητα συνειρμικής μάθησης στις θαλάσσιες ανεμώνες. Σε αυτές, οι ανεμώνες αρχικά πάθαιναν "σοκ" όταν τους έδειχναν ένα φως. Με τον καιρό, τα ζώα ανέσυραν το σώμα τους όταν εμφανιζόταν το φως, χωρίς να παθαίνουν σοκ. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ανεμώνες σχημάτισαν μια μνήμη και προσάρμοσαν τη συμπεριφορά τους ανάλογα.
Υπάρχει όμως μια αμφιβολία. Επειδή οι ανεμώνες στη φύση σπάνια συναντούν επιστήμονες που προκαλούν σοκ, δεν είναι απολύτως σαφές εάν αυτές οι μελέτες έδειξαν το είδος της μάθησης που βοηθά στην επιβίωση ή εάν απλώς προκλήθηκε μια αφύσικη συμπεριφορά στα πλάσματα.
Για να δουν αν και πώς μαθαίνουν τα κνιδόζωα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κιέλου και το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης δημιούργησαν ένα πιο φυσικό "σχολείο" για τις μέδουσες της καραϊβικής. Τα αποτελέσματά τους αμφισβητούν την πεποίθηση ότι η προηγμένη μάθηση απαιτεί εγκέφαλο.
Ένα σχολείο για μέδουσες
Για ανεγκέφαλα, ασπόνδυλα αρπακτικά σε μέγεθος βατόμουρου, οι μέδουσες της Καραϊβικής περνάνε πολύ καλά. Περνούν τις μέρες τους κολυμπώντας σε ηλιόλουστα τροπικά νερά ανάμεσα στις ρίζες των μαγκρόβιων δέντρων. Αυτές οι ρίζες παρέχουν προστασία καθώς οι μέδουσες κυνηγούν τη λεία της επιλογής τους, τα μικροσκοπικά καρκινοειδή που ονομάζονται κωπηπόποδα.
Όλα αυτά ακούγονται ειδυλλιακά, αλλά όπως πάντα στη φύση, οι κίνδυνοι αφθονούν. Ένας τέτοιος κίνδυνος είναι οι ίδιες οι ρίζες. Εάν το εύθραυστο σώμα μιας μέδουσας συγκρουστεί με μια ρίζα, θα μπορούσε να τραυματιστεί. Ο καιρός εγκυμονεί επίσης κινδύνους. Μπορεί να αναδύσει λάσπη και άλλα σωματίδια και να κάνει το νερό θολό, εμποδίζοντας την ικανότητα την μέδουσας να βλέπει τις ρίζες και να περιηγείται με ασφάλεια. (Οι μέδουσες της Καραϊβικής είναι μοναδικές επειδή έχουν τα μάτια στα πλοκάμια τους. Οι περισσότερες άλλες μέδουσες μπορούν να αισθανθούν μόνο το φως και το σκοτάδι).
Οι ερευνητές ήθελαν να προσδιορίσουν εάν οι μέδουσες αυτές μαθαίνουν να αποφεύγουν τις ρίζες ή αν κινούνται διατρέχοντας συνεχώς αυτόν τον κίνδυνο. Για να το δοκιμάσουν αυτό, έφεραν τις μέδουσες στο εργαστήριο και δημιούργησαν τρεις πειραματικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας στρογγυλές δεξαμενές.
Η πρώτη δεξαμενή είχε ασπρόμαυρες ρίγες υψηλής αντίθεσης. Αυτή η συνθήκη είχε σκοπό να προσομοιώσει ημέρες καθαρού νερού όπου οι ρίζες είναι εύκολα ορατές. Η δεύτερη δεξαμενή περιείχε επίσης ρίγες, αλλά με χρώματα χαμηλής αντίθεσης για την προσομοίωση σκοτεινών ημερών. Η τελευταία δεξαμενή είχε ομοιόμορφα γκρίζα τοιχώματα. Ο στόχος του ερευνητή ήταν να δημιουργήσει συνθήκες ανάλογες με εκείνες που συναντούν οι μέδουσες στην άγρια φύση - και όχι το ισοδύναμο μιας στενής συνάντησης με το τρίτο είδος.
«Η μάθηση είναι η κορυφή της απόδοσης για τα νευρικά συστήματα», δήλωσε ο Γιαν Μπιελέτσκι, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Κιέλου. «Είναι καλύτερο να αξιοποιήσουμε τις φυσικές του συμπεριφορές, κάτι που έχει νόημα για το ζώο, ώστε να αξιοποιήσει πλήρως τις δυνατότητές του».
Η μάθηση δεν χρειάζεται εγκέφαλο
Όπως αποδείχθηκε, αυτά τα «ανεγκέφαλα» πλάσματα μαθαίνουν γρήγορα. Στον κάδο χαμηλής αντίθεσης, οι μέδουσες αρχικά συγκρούστηκαν με τον τοίχο, αλλά σε λιγότερο από 8 λεπτά, άρχισαν να κολυμπούν κατά μέσο όρο 50% πιο μακριά. Τετραπλασίασαν επίσης τον αριθμό των ελιγμών γρήγορης στροφής για να αποφύγουν τις συγκρούσεις.
Στον κάδο υψηλής αντίθεσης, η μέδουσα κατάφερε να αποφύγει εντελώς τα τοιχώματα, κολλώντας στο κέντρο. Αντίστροφα, στον γκρίζο κουβά έκλειναν συνεχώς τα πλοκάμια τους. Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι μέδουσες άρχισαν να συσχετίζουν τις σκοτεινές λωρίδες με συγκρούσεις και προσάρμοσαν τη συμπεριφορά τους ανάλογα.
Με λίγα λόγια, έμαθαν.
«Μπορούμε να δούμε ότι καθώς ξεκινά κάθε νέα μέρα κυνηγιού, οι μέδουσες μαθαίνουν από τις τρέχουσες αντιθέσεις, συνδυάζοντας οπτικές εντυπώσεις και αισθήσεις κατά τη διάρκεια ελιγμών αποφυγής που αποτυγχάνουν», δήλωσε στο Genetic Engineering & Biotechnology News ο Άντερς Γκαράμ, ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης και αναπληρωτής καθηγητής θαλάσσιας βιολογίας στο το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης.
Και πρόσθεσε: «Επομένως, παρά το γεγονός ότι έχουν μόνο χίλια νευρικά κύτταρα (ανά δομή φέρουσα μάτια) - ο εγκέφαλός μας έχει περίπου 100 δισεκατομμύρια - μπορούν να συνδέσουν χρονικές συγκλίσεις διαφόρων εντυπώσεων και να μάθουν μια σύνδεση - ή αυτό που ονομάζουμε συνειρμική μάθηση».
Συγκεκριμένα, αυτός είναι ένας τύπος συνειρμικής μάθησης που είναι γνωστός ως τελεστικός όρος. Αυτή η προηγμένη μάθηση συμβαίνει όταν ένας οργανισμός μαθαίνει να συσχετίζει μια εκούσια συμπεριφορά με ένα ερέθισμα ή αποτέλεσμα. Το κλασικό παράδειγμα είναι το ποντίκι εργαστηρίου που διδάχτηκε να πιέζει ένα μπλε κουμπί για λιχουδιά και να αποφεύγει το κόκκινο κουμπί που του δίνει ένα "ζάπ".
Όπως σημειώνουν οι ερευνητές στη μελέτη τους: «[Αυτό] υποδηλώνει την ενδιαφέρουσα πιθανότητα ότι οι προηγμένες νευρωνικές διεργασίες, όπως η ρύθμιση των λειτουργιών, αποτελούν θεμελιώδη ιδιότητα όλων των νευρικών συστημάτων». Και όχι μόνο αυτών που βασίζονται σε έναν συγκεντρωτικό εγκέφαλο.
Στα 24 μάτια του θεατή
Για να καταλάβουν πώς μαθαίνουν οι μέδουσες χωρίς εγκέφαλο, οι ερευνητές δοκίμασαν το ροπάλιο του πλάσματος - τις αισθητηριακές του δομές. Μία ενήλικη μέδουσα θα έχει τέσσερις τέτοιες δομές, καθεμία από τις οποίες περιέχει έξι μάτια. Αυτές οι δομές παράγουν επίσης «σήματα βηματοδότη» που ελέγχουν την παλμική κίνηση της μέδουσας και την άνοδο της συχνότητας όταν αποφεύγονται τα εμπόδια.
Οι ερευνητές τοποθέτησαν απομονωμένο ροπάλιο σε ένα τρυβλίο Petri που έβλεπε προς μια οθόνη. Η οθόνη πρόβαλλε εικόνες που έδειχναν κινούμενες ράβδους διαφορετικών αντιθέσεων — παρόμοιες με το πείραμα του ενυδρείου. Κατά τη διάρκεια των προκαταρκτικών δοκιμών, το ροπάλιο δεν ανταποκρίθηκε στις γκρι ή ανοιχτό γκρι ράβδους, φαινομενικά επειδή τις ερμήνευσε ως απόμακρες. Ωστόσο, παρήγαγε σήματα βηματοδότη για τις σκούρες γκρι ράβδους.
Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, οι ερευνητές εκπαίδευσαν το ροπάλιο, δίνοντάς του ένα μικρό ηλεκτροσόκ όταν εμφανιζόταν οποιαδήποτε έγχρωμη ράβδος στην οθόνη. Μέσα σε πέντε λεπτά από τη δοκιμή, το ροπάλιο άρχισε να παράγει σήματα βηματοδότη ως απόκριση στις γκρίζες ράβδους και ακόμη και στις ανοιχτό γκρι. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το ροπαλικό νευρικό σύστημα είναι το κέντρο εκμάθησης της μέδουσας της Καραϊβικής και ότι το είδος συνδυάζει οπτικά και μηχανικά ερεθίσματα για να μάθει.
«Τα πειράματά μας στη συμπεριφορά αποδεικνύουν ότι τρεις έως πέντε αποτυχημένοι ελιγμοί αποφυγής είναι αρκετοί για να αλλάξουν τη συμπεριφορά της μέδουσας, ώστε να μην χτυπά πλέον στις ρίζες. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό είναι περίπου το ίδιο ποσοστό επανάληψης που χρειάζεται να μάθει μια μύγα ή ένα ποντίκι», δήλωσε ο Γκαρμ.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο περιοδικό Current Biology.
Ξαναμαθαίνοντας για τη μάθηση
Σε μελλοντική έρευνα, η ομάδα ελπίζει να εντοπίσει ποια κύτταρα ελέγχουν με ακρίβεια την ικανότητα μάθησης της μέδουσας και πώς αυτά τα κύτταρα μεταφράζουν αυτές τις πληροφορίες σε συμπεριφορά. Υπάρχει επίσης το ερώτημα πώς οι μέδουσες σχηματίζουν αναμνήσεις και πόσο καιρό τις διατηρούν. Η έρευνα ανοίγει επίσης το ερώτημα εάν περισσότερες φυσικές μελέτες θα επιδείξουν παρόμοια αποτελέσματα μεταξύ άλλων κνιδόζωων.
«Αυτή είναι μόλις η τρίτη φορά που η συνειρμική μάθηση αποδεικνύεται πειστικά στα κνιδόζωα», δήλωσε στους New York Times ο Τσενγκ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Και αυτή είναι η πιο ωραία επίδειξη, γεμάτη με φυσιολογικά δεδομένα».
Τα ευρήματα έχουν επιπτώσεις και στην κατανόησή μας για την εξέλιξη της μάθησης. Προτείνουν ότι η συνειρμική μάθηση μπορεί να είναι ιδιότητα όλων των νευρικών συστημάτων, όχι μόνο εκείνων που συγκεντρώνονται γύρω από έναν εγκέφαλο. Αυτό μπορεί να αλλάξει εντελώς την εικόνα που έχουμε για το πόσο πολύ και από πόσο παλιά η μάθηση μπορεί να έχει διαμορφώσει την κοινή μας εξελικτική ιστορία.
