24個の目を持つクラゲは失敗から学ぶ

クラゲは地球の海で少なくとも5億年生き延びており、進化の成功例であることは否定できない。クラゲは世界の一部の地域では気候変動にもうまく対応できる態勢を整えている。しかも、ほとんどの動物のように集中脳を持たずに。訓練されたカリブ海ハコクラゲは、ハエやネズミ、人間と同じように過去の経験を記憶し、水槽内で以前遭遇した障害物を見つけて避ける方法を学習できる可能性がある。この発見は、9月22日にCurrent Biology誌に掲載された研究で報告されている。

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この種のクラゲはカリブ海とインド太平洋中央部の海域に広く生息していますが、直径は一般に約半インチです。このようなハコクラゲは、世界で最も有毒な動物の 1 つとして知られているクラゲの一種で、刺されると麻痺を引き起こし、極端な場合には死に至ることもあります。

クラゲは、刺針を持続させ、水中の世界を航行するために、動物界のほとんどのメンバーのように集中化された脳を持っていません。4 つの平行した脳のような構造があり、それぞれに約 1,000 個の神経細胞があります。比較すると、人間の脳には約 1,000 億個の神経細胞があります。カリブ海ハコクラゲは、ベル型の体に埋め込まれた 24 個の目からなる複雑な視覚システムを備えています。このユニークな視覚を使用して、マングローブの沼地の濁った水の中を進み、獲物を探したり、水中の木の根の下に潜ったりします。

「クラゲは、慣れ、つまり一定の音や一定の触感など、特定の刺激に慣れる能力など、最も単純な学習しかできないとかつては考えられていました」と、研究の共著者でコペンハーゲン大学の神経生物学者アンダース・ガーム氏は声明で述べた。「現在、クラゲははるかに洗練された学習能力を持ち、間違いから実際に学習できることがわかっています。そして、そうすることで行動を修正します。」

この研究では、研究チームはクラゲの自然生息地を模倣するために、灰色と白の縞模様をあしらった円形の水槽を使用した。灰色の縞模様は、実験開始時には遠くにあるように見えるマングローブの根を模倣したものである。研究チームは 7.5 分間、水槽内のクラゲを観察した。当初、クラゲはこれらの遠くにあるように見える縞模様の近くを泳ぎ、頻繁にぶつかっていた。しかし、実験終了時には、クラゲは壁との平均距離を約 50 パーセント増やし、偽の木との衝突を避けるために旋回に成功した回数を 4 倍に増やし、壁との接触を半分に減らした。

この研究結果は、クラゲが経験から学び、連合学習と呼ばれるプロセスを通じて障害物を回避する能力を獲得できることを示唆している。このプロセスでは、生物は感覚刺激と行動の間に精神的なつながりを形成する。

「学習は神経系のパフォーマンスの頂点である」と、この研究の共著者でドイツのキール大学の神経科学者ヤン・ビエルツキ氏は声明で述べた。

ビエルツキ氏は、クラゲに新しい技を教えるには、「クラゲの自然な行動、つまり動物にとって意味のある行動を活用して、その潜在能力を最大限に発揮させるのが最善だ」と付け加えた。

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研究チームは次に、クラゲの連想学習の根底にあるプロセスを突き止めるため、ロパリアと呼ばれる視覚中枢を分離した。各ロパリアにはクラゲの脈動運動を制御する 6 つの目がある。クラゲが障害物から逸れると、この動きの頻度が急上昇する。

研究者らは、動かないロパリウムに灰色のバーを動かして、ゼリーが物体に近づく様子を模倣させたところ、ロパリウムは薄い灰色のバーには反応せず、バーを遠くにあると解釈したようだった。研究者らは次に、物体と衝突したときに生じる機械的刺激を模倣した弱い電気刺激でロパリウムを訓練した。電気刺激の後、ロパリウムは、薄い灰色のバーが近づくと、それに反応して障害物を避ける信号を発し始めた。

実験のこの段階で得られた知見は、クラゲの連合学習には視覚刺激と機械的刺激の組み合わせが必要であり、ロパリウムが動物の学習センターとして機能している可能性が高いことを示した。

「基礎神経科学にとって、これはかなり大きなニュースです。単純な神経系で何ができるかについて、新たな視点を提供します」とガーム氏は語った。「これは、高度な学習が、最初から神経系の最も重要な進化上の利点の 1 つであった可能性があることを示唆しています。」

研究チームは、クラゲの神経系の細胞間相互作用をさらに深く調べて記憶形成のプロセスを解明する予定であり、またクラゲの体内の機械センサーがどのように機能するかを理解し、クラゲの連想学習のより完全な図を描くことも望んでいる。

「これらの動物の学習速度は驚くべきもので、高度な動物の学習速度とほぼ同じです」とガーム氏は言う。「最も単純な神経系でも高度な学習が可能のようです。これは、神経系の進化の黎明期に発明された極めて基本的な細胞メカニズムであることが判明するかもしれません。」