彼らは単純な神経系しか持たないにもかかわらず、経験から学び、行動を賢明に適応させることができることが実験で示されています。したがって、この研究は、より複雑な形の学習には中枢脳が必要であるというこれまでの仮定に疑問を投げかけている。この結果はまた、動物界における学習および記憶機能の進化的ルーツを解明する手がかりも提供すると研究者らは述べている。
経験は人を賢くします。これは私たちの種にとって成功への重要なレシピです。なぜなら、私たちは特に洗練された方法でつながりを把握し、それを記憶し、学んだことを賢明に使用できるからです。よく知られているように、多くの動物も、さまざまな形でいわゆる連合学習を行うこの能力を持っています。しかしこれまでは、これには脊椎動物、昆虫、一部の軟体動物が持つような、より高度に発達した脳が必要だと考えられていた。しかし、クラゲのような「単純な」生き物はこれまでのところこの能力を否定されています。彼らのかなり単純な神経系は、原始的な方法で感覚印象を反応に変換することしかできないと考えられていました。
彼らの視界には一見単純な生き物が見えます
ドイツとデンマークの研究チームは、この以前の仮定に実験的に疑問を投げかけました。カリブハコクラゲ (Tripedalia cystophora) を実験動物として使用しました。爪ほどの大きさしかないこの刺胞動物は、マングローブの湿地の濁った水の中を脈動しながらミジンコを探します。この目的のために、その画面には 24 個の目が装備されており、それぞれが約 1,000 個の神経細胞で構成される 4 つの構造に接続されています。敏感なクラゲは、視覚を利用して水中の根などの障害物を検出し、傘の収縮を調整して回避することができます。
科学者らの説明によると、ハコクラゲはコントラストによって障害物までの空間距離を認識しており、根が近づくことである程度の暗闇が生じると、衝突を避けるために遠ざかります。研究者らは現在、学習プロセスもこの行動に関与しているかどうかという問題を調査している。これは、ハコクラゲの生息環境における浮遊物質の含有量の変化により、水中の視程が大きく変化する可能性があるため、考えられると考えられます。
ハコクラゲも経験を経て賢くなる
彼らの生息地をシミュレートするために、研究者らは内壁がグレーと白の縞模様になった試験水槽で実験を実施した。明るい領域はオープンウォーター環境に対応し、暗い縞は避けなければならないマングローブの根を表しています。その後、ハコクラゲをさまざまなコントラスト比で試験水槽に入れ、研究者らは動物の遊泳行動を分析した。
これは、実験の開始時に、クラゲが水槽の壁にある模擬の根に頻繁にぶつかったことを示しました。しかし、わずか数分後には、すでに障害物からの平均距離が約 50% 伸びており、泳ぐ方向を調整することで、暗いエリアに衝突する頻度は半分に減りました。また、研究者がコントラストを変更すると、動物がこれらの明らかに変化した視界条件に適応したことも示された。
「研究結果は、ハコクラゲが視覚的刺激体験と機械的刺激体験の組み合わせを通じて学習できることを示しました」とコペンハーゲン大学の主任著者であるアンダース・ガルム氏は述べています。 「3～5回の回避操作の失敗で、クラゲの行動が変化し、シミュレートされた根にぶつからなくなることがわかりました。この発見は、ショウジョウバエやネズミが学習する必要がある入力に似ているため、特に興味深いです」とガルム氏は言います。
神経細胞のプロセスの軌跡
根底にあるプロセスについての最初の洞察を得るために、科学者たちはシステムの機能単位に関する調査を実施しました。これらは 4 つのロパリアで、それぞれに 6 つの目と、運動に接続されている約 1000 個の神経の複合体が含まれています。システムが接続されています。研究者らは現在、孤立したロパリアの目に暗いバーを提示して、障害物に近づくクラゲをシミュレートしている。結局のところ、この構造は当初、神経インパルスからの明るい灰色の刺激に反応しませんでした。どうやら、これらの刺激をまだ遠くにある障害物として解釈したようです。しかし、研究者らが模擬衝突でロパリウムを刺激すると、障害物を避けるための信号でライトグレーのバーにも反応し始めた。
研究チームが説明しているように、この結果は研究にとって非常に重要な意味を持っています。「神経科学にとって、この結果は単純な神経系で何が達成できるかについて新たな視点を提供します」とガルム氏は言います。キールのクリスチャン・アルブレヒト大学の筆頭著者ヤン・ビエレツキ氏も進化の重要性を強調している。なぜなら、ハコクラゲはおそらく進化史上初めて神経系を発達させた生物に今でも似ているからです。 「もしこれらの動物が学習できるとしたら、それは神経細胞や神経ネットワークの基本的な能力である可能性があります。 「これは、この能力がこれまで考えられていたよりも早くから存在していたことを示唆しています」とビエレツキ氏は述べた。
研究チームは現在も引き続き取り組んでいきたいと考えている。「私たちは現在、どの細胞が学習と記憶の形成に関与しているかをより正確に調べようとしているところです」とガルム氏は言う。これらは基本的な神経概念である可能性がある、と研究者らは言う。 「この場合、ハコクラゲは動物の高度な学習中の細胞プロセスを研究するためのモデルシステムに発展する可能性がある」と科学者は結論づけている。
出典: コペンハーゲン大学 – 理学部、Christian-Albrechts-Universität zu Kiel、専門記事: Current Biology、doi: 10.1016/j.cub.2023.08.056
