Queste meduse senza cervello usano i loro occhi e fasci di nervi per imparare

Per le meduse scatola caraibiche, imparare è letteralmente una cosa semplice.

In un nuovo esperimento, questi animali hanno imparato a individuare ed evitare gli ostacoli nonostante non abbiano un cervello centrale, riportano i ricercatori il 22 settembre nell'attuale biologia. Questa è la prima evidenza che le meduse possono stabilire connessioni mentali tra eventi - come vedere qualcosa e sbatterci contro - e cambiare il loro comportamento di conseguenza.

"Forse l'apprendimento non ha bisogno di un sistema nervoso molto complesso, ma piuttosto l'apprendimento è parte integrante delle cellule nervose, o di un circuito molto limitato", afferma Jan Bielecki, un neuroetologo dell'Università di Kiel in Germania. Se così fosse, la nuova scoperta potrebbe aiutare a tracciare l'evoluzione dell'apprendimento negli animali.

Il sistema nervoso di una medusa scatola caraibica (Tripedalia cystophora) include quattro ropalie simili a pomelli che pendono dalla campana del suo corpo. Ogni ropalio ospita sei occhi e circa 1.000 neuroni. Le meduse usano la loro vista per aiutare a navigare tra le radici dei mangrovie nelle lagune tropicali in cui cacciano prede crostacee minime.

Arpionare tra le radici non è affatto semplice. Le meduse scatola caraibiche valutano la distanza di una radice in base a quanto scura appare rispetto all'acqua circostante - cioè il suo contrasto. In acque limpide, solo le radici distanti svaniscono sullo sfondo o hanno un basso contrasto. Ma in acque torbide, anche le radici vicine possono confondersi con l'ambiente circostante.

Le acque possono diventare torbide rapidamente a causa delle maree, delle alghe e di altri fattori. Bielecki e i suoi colleghi si sono chiesti se le meduse scatola caraibiche potessero imparare che gli oggetti a basso contrasto, che potrebbero sembrare inizialmente distanti, fossero in realtà vicini.

Il team ha messo 12 meduse in un serbatoio circolare circondato da strisce grigie e bianche a basso contrasto alternate. Una telecamera ha registrato il comportamento degli animali per circa sette minuti. All'inizio, le meduse sembravano interpretare le strisce grigie come radici distanti e nuotare contro il muro del serbatoio.

Ma quelle collisioni sembravano portare le meduse a trattare le strisce grigie più come radici vicine in acqua torbida, e gli animali hanno iniziato ad evitarle. La distanza media delle meduse dal muro del serbatoio è aumentata da circa 2,5 centimetri nei primi due minuti a circa 3,6 centimetri negli ultimi due minuti. Il loro numero medio di urti con il muro è diminuito da 1,8 al minuto a 0,78 al minuto.

"Ho trovato davvero sorprendente", afferma Nagayasu Nakanishi, un biologo evolutivo dell'Università dell'Arkansas a Fayetteville, che ha studiato i sistemi nervosi delle meduse ma non è stato coinvolto nel nuovo lavoro. "Non ho mai pensato che le meduse potessero davvero imparare".

Il neurobiologo Björn Brembs osserva i risultati con maggiore cautela, notando il numero ridotto di meduse testate e la variabilità delle loro prestazioni. "Voglio che questo sia vero, perché sarebbe davvero fantastico", afferma Brembs, dell'Università di Regensburg in Germania. Esperimenti con più meduse potrebbero convincerlo che gli animali imparano davvero.

In altri esperimenti, Bielecki e i suoi colleghi hanno tagliato i ropalie dalle meduse e hanno posizionato quegli ammassi nervosi con gli occhi di fronte a uno schermo. Un po' come quella scena in Arancia Meccanica, dice Bielecki, tranne che gli occhi delle meduse non hanno palpebre per tenerli aperti. Lo schermo ha mostrato delle barre grigie a basso contrasto, mentre un elettrodo ha dato ai ropalie un impulso elettrico debole, che imitava la sensazione di sbattere contro qualcosa.

Questo addestramento ha portato i ropalie a iniziare a rispondere alle barre a basso contrasto che inizialmente avevano ignorato. Hanno iniziato a inviare i tipi di segnali neurali che si sa emettere quando una medusa si allontana da un ostacolo. Ciò suggerisce che i ropalie da soli possono imparare che gli ostacoli a basso contrasto apparentemente distanti sono in realtà abbastanza vicini da evitarli - il che, a sua volta, fa supporre che i ropalie siano i centri di apprendimento delle meduse scatola caraibiche.

"Questo è il pezzo più interessante dell'articolo", dice Ken Cheng, un biologo comportamentale all'Università di Macquarie a Sydney. "Ci fa fare un passo avanti nel cablaggio di come funziona".

Per la neurobiologa Gaëlle Botton-Amiot, tracciare l'apprendimento fino ai ropalie solleva nuove domande. "Hanno quattro di queste cose nel loro corpo, quindi come funziona?" chiede. "Come si coordina tutto questo?" E se una medusa perde un ropalio, dimentica tutto ciò che quegli occhi hanno visto e i neuroni hanno imparato? O gli altri ropalie se lo ricordano?

Le ricerc ehe di Botton-Amiot all'Università di Friburgo in Svizzera suggeriscono abilità di apprendimento simili nelle anemoni di mare. Come le meduse, fanno parte di un gruppo di animali chiamati cnidarii. "Mostrare che i cnidarii così diversi [possono entrambi imparare] significa che è probabilmente molto diffuso tra loro", dice, e che forse il loro antenato comune poteva imparare anche lui.

“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.