Quallen ohne Zentralgehirn lernen nachweislich aus Erfahrungen aus der Vergangenheit

Diese scheinbar einfachen Gelees sind nicht größer als ein Fingernagel und verfügen über ein komplexes visuelles System mit 24 Augen, die in ihren glockenartigen Körper eingebettet sind. Das in Mangrovensümpfen lebende Tier nutzt seine Sehkraft, um durch trübe Gewässer zu steuern und Unterwasserbaumwurzeln zu umgehen, um Beute zu fangen. Wissenschaftler zeigten, dass die Gelees durch assoziatives Lernen die Fähigkeit erwerben können, Hindernissen auszuweichen. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem Organismen mentale Verbindungen zwischen Sinnesreizen und Verhaltensweisen herstellen.

„Lernen ist die Höchstleistung des Nervensystems“, sagt Erstautor Jan Bielecki von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Um Quallen erfolgreich einen neuen Trick beizubringen, sagt er: „Es ist am besten, ihr natürliches Verhalten zu nutzen, etwas, das für das Tier sinnvoll ist, damit es sein volles Potenzial ausschöpft.“

Das Team verkleidete einen runden Tank mit grauen und weißen Streifen, um den natürlichen Lebensraum der Qualle zu simulieren, wobei die grauen Streifen Mangrovenwurzeln nachahmten, die entfernt erscheinen würden. Sie beobachteten die Quallen im Becken 7,5 Minuten lang. Anfangs schwamm das Gelee dicht an diesen scheinbar weit entfernten Streifen entlang und stieß häufig mit ihnen zusammen. Aber am Ende des Experiments vergrößerte das Gelee seinen durchschnittlichen Abstand zur Wand um etwa 50 %, vervierfachte die Anzahl erfolgreicher Drehbewegungen, um eine Kollision zu vermeiden, und reduzierte seinen Kontakt mit der Wand um die Hälfte. Die Ergebnisse legen nahe, dass Quallen aus Erfahrungen durch visuelle und mechanische Reize lernen können.

„Wenn man komplexe Strukturen verstehen will, ist es immer gut, so einfach wie möglich anzufangen“, sagt der leitende Autor Anders Garm von der Universität Kopenhagen, Dänemark. „Wenn wir uns diese relativ einfachen Nervensysteme bei Quallen ansehen, haben wir eine viel höhere Chance, alle Details zu verstehen und zu verstehen, wie sie zusammenwirken, um Verhaltensweisen auszuführen.“

Anschließend versuchten die Forscher, den zugrunde liegenden Prozess des assoziativen Lernens der Qualle zu identifizieren, indem sie die visuellen Sinneszentren des Tieres, Rhopalia genannt, isolierten. Jede dieser Strukturen beherbergt sechs Augen und erzeugt Schrittmachersignale, die die pulsierende Bewegung der Qualle steuern, deren Frequenz ansteigt, wenn das Tier Hindernissen ausweicht.

Das Team zeigte dem stationären Rhopalium bewegliche graue Balken, um die Annäherung des Tieres an Objekte nachzuahmen. Die Struktur reagierte nicht auf hellgraue Balken und interpretierte sie als entfernt. Nachdem die Forscher das Rhopalium jedoch mit schwacher elektrischer Stimulation trainiert hatten, als sich die Balken näherten, begann es als Reaktion auf die hellgrauen Balken Signale zum Ausweichen von Hindernissen zu erzeugen. Diese elektrischen Stimulationen ahmten die mechanischen Reize einer Kollision nach. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass für das assoziative Lernen bei Quallen die Kombination visueller und mechanischer Reize erforderlich ist und dass das Rhopalium als Lernzentrum dient.

Als nächstes plant das Team, tiefer in die zellulären Interaktionen des Nervensystems von Quallen einzutauchen, um die Gedächtnisbildung auseinanderzuhalten. Sie wollen außerdem besser verstehen, wie der mechanische Sensor in der Glocke funktioniert, um ein vollständiges Bild des assoziativen Lernens des Tieres zu zeichnen.

„Es ist überraschend, wie schnell diese Tiere lernen; es ist ungefähr so ​​schnell wie fortgeschrittene Tiere“, sagt Garm. „Selbst das einfachste Nervensystem scheint in der Lage zu sein, fortgeschrittenes Lernen durchzuführen, und dies könnte sich als äußerst grundlegender zellulärer Mechanismus herausstellen, der zu Beginn der Evolution des Nervensystems erfunden wurde.“