Kruche gwiazdy wykazują niesamowite zdolności uczenia się

Jak wykazały nowe badania, bezmózgie, kruche gwiazdy są w stanie uczyć się poprzez doświadczenie. Wykazali warunkowanie klasyczne, łącząc ciemność z żerowaniem, co stanowi ważne odkrycie w zrozumieniu procesów uczenia się u bezmózgich organizmów morskich.

My, ludzie, skupiamy naszą uwagę na dużych mózgach jako substytucie inteligencji. Jednak nowe badanie ujawniło, że bezgłowe zwierzęta zwane kruchymi gwiazdami nie mają w ogóle mózgu i nadal potrafią uczyć się poprzez doświadczenie.

Krewni rozgwiazd i kruchych gwiazd spędzają większość czasu chowając się pod skałami i szczelinami oceanu lub kopiąc w piasku.

Te nieśmiałe stworzenia morskie nie mają mózgu, o którym można by mówić, jedynie sznury nerwowe biegnące przez każde z pięciu poruszających się ramion, które łączą się, tworząc pierścień nerwowy w pobliżu ust.

„Nie ma centrum przetwarzania” – stwierdziła główna autorka Julia Notar, która przeprowadziła badania w ramach doktoratu z biologii. W laboratorium profesora Sonke Johnsena na Uniwersytecie Duke.

„Oba przewody nerwowe mogą funkcjonować niezależnie” – powiedział Notar. „To tak, jakby zamiast prezydenta była komisja”.

W serii eksperymentów kruche gwiazdy dowiedziały się, że słowo „gaśnie” oznacza sygnał dzwonka wzywający do przyjścia na kolację. Źródło: Julia Notar

Odkrywanie wiedzy u bezmyślnych stworzeń morskich

W przypadku kruchych gwiazd wydaje się to wystarczające do uczenia się przez skojarzenie, jak donoszą w czasopiśmie Notar, Johnson i Madeleine Guo, była studentka studiów licencjackich na Duke University. Ekologia behawioralna i socjobiologia.

Ten rodzaj uczenia się polega na kojarzeniu różnych bodźców w procesie zwanym warunkowaniem klasycznym. Słynnym tego przykładem są eksperymenty Pawłowa z psami, które wykazały, że psy, które wielokrotnie karmiły się na dźwięk dzwonka, w końcu zaczęły się ślinić na sam dźwięk dzwonka, nawet w przypadku braku jedzenia.

Ludzie robią to cały czas. Jeśli przy każdym nowym powiadomieniu będziesz słyszeć „brzęk” swojego smartfona, dźwięk w końcu nabierze specjalnego znaczenia. Wystarczy, że usłyszysz dzwonek czyjegoś telefonu lub wibruje ten sam dzwonek co Twój, aby odruchowo sięgnąć po telefon w oczekiwaniu na kolejnego SMS-a, e-maila lub post na Instagramie.

W kilku poprzednich badaniach na rozgwiazdach wykazano warunkowanie klasyczne. Ale większość szkarłupni — grupa niektórych 7000 gatunków Do których zaliczają się kruche gwiazdy, bezmózgie gwiazdy morskie, jeżowce i ogórki morskie – nie zostały przetestowane.

Aby sprawdzić, czy kruche gwiazdy potrafią się uczyć, naukowcy umieścili 16 czarnych kruchych gwiazd (Oviocoma echinata) w poszczególnych zbiornikach wodnych i za pomocą kamery wideo rejestrowała ich zachowanie.

Ten film przedstawia klasyczny eksperyment warunkowania przeprowadzony przez naukowców z Duke University w celu sprawdzenia, czy kruche gwiazdy – które nie mają mózgu – mogą się uczyć. Za każdym razem, gdy gasło światło, badacze umieszczali w zbiornikach zwierząt słomkę zawierającą kawałek krewetki. Z biegiem czasu zwierzęta nauczyły się, że „gaszenie światła” jest sygnałem dzwonka wzywającego na obiad.

Kruche gwiazdy trenowano poprzez przyciemnianie światła na 30 minut za każdym razem, gdy zwierzęta były karmione. Za każdym razem, gdy gaśnie światło, badacze umieszczają w zbiornikach kawałek krewetki – „którą uwielbiają” – poza ich zasięgiem.

Druga połowa otrzymała taką samą ilość krewetek i również doświadczyła 30-minutowego okresu ciemności, ale nigdy w tym samym czasie, ponieważ zwierzęta karmiono w jasnych warunkach.

Niezależnie od tego, czy było jasno, czy ciemno, zwierzęta spędzały większość czasu chowając się za filtrami w swoich zbiornikach; Wychodzi tylko w porze posiłku. Ale tylko wytrenowane kruche gwiazdy nauczyły się kojarzyć ciemność z jedzeniem.

Na początku 10-miesięcznego eksperymentu zwierzęta pozostawały w ukryciu, gdy zgasło światło. Jednak z biegiem czasu zwierzęta tak bardzo skojarzyły się z ciemnością i porą posiłków, że reagowały tak, jakby jedzenie było w drodze, wymykając się z ukrycia za każdym razem, gdy gasły światła, nawet zanim jakiekolwiek jedzenie zostało włożone do zbiorników.

Te delikatne gwiazdy nauczyły się nowego skojarzenia: zgaszenie świateł oznacza, że ​​prawdopodobnie pojawi się jedzenie. Nie musieli wąchać ani smakować krewetek, żeby zareagować. Samo poczucie przygasających świateł wystarczyło, aby przyszli, gdy zostali zaproszeni na kolację.

Odkrywanie uczenia się i pamięci u szkarłupni

Pamiętali lekcję nawet po 13-dniowej „przerwie” bez treningu, czyli wielokrotnym wyłączaniu światła bez karmienia.

Notar stwierdziła, że ​​wyniki są „ekscytujące”, ponieważ „nie wykazano wcześniej w tej grupie zwierząt klasycznego warunkowania”.

„Wiedza, że ​​kruche gwiazdy potrafią się uczyć, oznacza, że ​​nie są to tylko roboty-zbieracze, takie jak małe Roombasy, które przeczesują dno oceanu” – powiedział Notar. „Prawdopodobnie będą w stanie przewidywać i unikać drapieżników lub przewidywać jedzenie, ponieważ uczą się o swoim środowisku”.

Następnym krokiem Notar ma nadzieję rozpocząć badanie, w jaki sposób dzieci mogą się uczyć i zapamiętywać, korzystając z systemu neuronowego bardzo różniącego się od naszego.

„Ludzie cały czas mnie pytają: «Jak oni to robią?»” – powiedział Notar. „Jeszcze nie wiemy. Mam jednak nadzieję, że za kilka lat poznamy więcej odpowiedzi”.

Odniesienie: „Uczenie się bez mózgu: klasyczne warunkowanie w ophioidach”. Oviocoma echinata„Julia C. Notar, Madeleine C. Gu i Sönke Johnsen, 21 listopada 2023 r., Ekologia behawioralna i socjobiologia.
DOI: 10.1007/s00265-023-03402-x

Prace te były wspierane przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych w ramach programu stypendialnego dla absolwentów nauk i inżynierii obrony narodowej, programu stypendialnego Rachel Carson Scholars w szkole Duke Nicholas School oraz Wydziału Biologii Duke’a.