Diese hirnlosen Quallen verwenden ihre Augen und Nervenbündel, um zu lernen.

Für karibische Würfelquallen ist das Lernen buchstäblich ein Kinderspiel.

In einem neuen Experiment haben diese Tiere gelernt, Hindernisse zu erkennen und zu vermeiden, obwohl sie kein zentrales Gehirn haben, berichten Forscher am 22. September in Current Biology. Dies ist der erste Beweis dafür, dass Quallen mentale Verbindungen zwischen Ereignissen herstellen können - wie etwas zu sehen und dagegen zu stoßen - und ihr Verhalten entsprechend ändern können.

"Vielleicht braucht das Lernen kein sehr komplexes Nervensystem, sondern das Lernen ist ein integraler Bestandteil von Nervenzellen oder sehr begrenzter Schaltkreise", sagt Jan Bielecki, ein Neuroethologe an der Universität Kiel in Deutschland. Wenn das der Fall ist, könnte die neue Erkenntnis dazu beitragen, wie das Lernen bei Tieren entstanden ist.

Das Nervensystem einer karibischen Würfelqualle (Tripedalia cystophora) umfasst vier knobbenartige Rhopalien, die am Saum ihres Körpers herabhängen. Jedes Rhopalium enthält sechs Augen und etwa 1000 Neuronen. Die Quallen nutzen ihr Sehvermögen, um zwischen Mangrovenwurzeln in den tropischen Lagunen zu manövrieren, wo sie winzige Krebstiere jagen.

Das Manövrieren zwischen den Wurzeln ist keine einfache Aufgabe. Karibische Würfelquallen beurteilen die Entfernung einer Wurzel anhand ihrer Dunkelheit im Verhältnis zum umgebenden Wasser - das heißt, dem Kontrast. In klarem Wasser verblassen nur entfernte Wurzeln im Hintergrund oder haben einen geringen Kontrast. Aber in trübem Wasser können selbst nahegelegene Wurzeln in ihrer Umgebung verschwimmen.

Das Wasser kann aufgrund von Gezeiten, Algen und anderen Faktoren schnell trüb werden. Bielecki und seine Kollegen fragten sich, ob karibische Würfelquallen lernen könnten, dass gering kontrastierende Objekte, die anfangs entfernt zu sein scheinen, tatsächlich nah sind.

Das Team setzte 12 Quallen in einen runden Tank, der von gering kontrastierenden grauen und weißen Streifen umgeben war. Eine Kamera filmte das Verhalten der Tiere etwa sieben Minuten lang. Anfangs interpretierten die Quallen die grauen Streifen als entfernte Wurzeln und schwammen gegen die Wand des Tanks.

Aber diese Kollisionen führten dazu, dass die Quallen die grauen Streifen eher wie nahe Wurzeln in trübem Wasser behandelten und sie begannen, ihnen auszuweichen. Der durchschnittliche Abstand der Quallen von der Tankwand stieg von etwa 2,5 Zentimetern in den ersten paar Minuten auf etwa 3,6 Zentimeter in den letzten paar Minuten. Ihre durchschnittliche Anzahl von Zusammenstößen mit der Wand sank von 1,8 pro Minute auf 0,78 pro Minute.

"Das fand ich wirklich erstaunlich", sagt Nagayasu Nakanishi, ein Evolutionsbiologe an der University of Arkansas in Fayetteville, der Nervensysteme von Quallen untersucht hat, aber nicht an der neuen Arbeit beteiligt war. "Ich hätte nie gedacht, dass Quallen tatsächlich lernen können."

Neurobiologe Björn Brembs betrachtet die Ergebnisse vorsichtiger und weist auf die geringe Anzahl der getesteten Quallen und die Variabilität ihrer Leistung hin. "Ich möchte, dass es wahr ist, denn es wäre so cool", sagt Brembs von der Universität Regensburg in Deutschland. Experimente mit mehr Quallen könnten ihn überzeugen, dass die Tiere tatsächlich lernen.

In anderen Experimenten schnitten Bielecki und seine Kollegen Rhopalien von Quallen ab und platzierten diese augentragenden Nervenbündel vor einem Bildschirm. Eine Art wie in der Szene von A Clockwork Orange, sagt Bielecki, nur haben Quallenaugen keine Augenlider, um offen gehalten zu werden. Der Bildschirm zeigte gering kontrastierende, hellgraue Streifen, während eine Elektrode den Rhopalien einen schwachen elektrischen Impuls gab, der die Empfindung des Anstoßens an etwas imitierte.

Durch diese Schulung begannen die Rhopalien auf gering kontrastierende Streifen zu reagieren, die sie anfangs ignoriert hatten. Sie begannen die Arten von Nervensignalen auszusenden, die sie normalerweise aussenden, wenn eine Qualle vor einem Hindernis davonhüpft. Dies deutet darauf hin, dass die Rhopalien alleine lernen können, dass scheinbar entfernte, gering kontrastierende Hindernisse tatsächlich nahe genug sind, um sie zu vermeiden - was wiederum darauf hinweist, dass die Rhopalien als Lernzentren der karibischen Würfelqualle fungieren.

"Das ist der coolste Teil des Artikels", sagt Ken Cheng, ein Verhaltensbiologe an der Macquarie University in Sydney. "Das bringt uns einen Schritt näher in das Verständnis der Verdrahtung, wie es funktioniert."

Für Neurobiologin Gaëlle Botton-Amiot wirft die Zuordnung des Lernens zu den Rhopalien neue Fragen auf. "Sie haben vier dieser Dinge in ihren Körpern, wie funktioniert das?" fragt sie. "Wie ist das koordiniert?" Und wenn eine Qualle eines ihrer Rhopalien verliert, vergisst sie dann alles, was diese Augen gesehen und die Neuronen gelernt haben? Oder erinnern sich die anderen Rhopalien daran?

Botton-Amiots Forschung an der Universität Fribourg in der Schweiz deutet darauf hin, dass auch Seeanemonen ähnliche Lernfähigkeiten haben. Wie Quallen gehören sie zu einer Gruppe von Tieren namens Cnidarien. "Die Tatsache, dass so unterschiedliche Cnidarien [beide lernen können], bedeutet, dass es wahrscheinlich weit verbreitet bei ihnen ist", sagt sie, und dass vielleicht auch ihr gemeinsamer Vorfahr lernen konnte.

“Maybe [learning] actually evolved multiple times in the evolution of nervous systems,” Nakanishi says. Uncovering the cellular and chemical machinery behind learning in jellyfish or other animals could shed light on this. “If there’s a lot of similarities in the mechanism of how they learn, then that would be suggestive of common ancestry,” he says. “But if they evolved independently, then you would perhaps expect very different mechanisms of learning.”

Our mission is to provide accurate, engaging news of science to the public. That mission has never been more important than it is today.

As a nonprofit news organization, we cannot do it without you.

Your support enables us to keep our content free and accessible to the next generation of scientists and engineers. Invest in quality science journalism by donating today.