قناديل البحر أكثر تقدمًا مما يعتقده الناس. أظهرت دراسة جديدة من جامعة كوبنهاجن أنه على الرغم من وجود ألف خلية عصبية فقط وعدم وجود دماغ مركزي، إلا أن القدرة على التعلم لقناديل البحر الكاريبي المربعة أكثر تعقيدًا مما نتصور. يغير هذا الاكتشاف فهمنا الأساسي للدماغ وقد ينيرنا حول أدمغتنا الغامضة.
بعد أكثر من 500 مليون سنة على الأرض، ليس هناك شك في النجاح التطوري الكبير لقناديل البحر. وعلى الرغم من ذلك، فقد كنا نعتبرها دائمًا مخلوقات بسيطة ذات قدرات تعليمية محدودة للغاية.
من المعتقد عمومًا أنه كلما كان الجهاز العصبي للحيوان أكثر تطورًا، زادت قدرته على التعلم. يُعتقد أن قناديل البحر وأقاربها (المعروفين إجمالاً باسم اللاسعات) هي أول الحيوانات الحية التي تمتلك أجهزة عصبية، وهي بسيطة إلى حد ما وتفتقر إلى دماغ مركزي.
لأكثر من عقد من الزمان، كان عالم الأحياء العصبية أندرس جارم يدرس قناديل البحر الصندوقية، وهي مجموعة من قناديل البحر معروفة بأنها من أكثر المخلوقات السامة في العالم. لكن قناديل البحر القاتلة هذه مثيرة للاهتمام لسبب آخر: فقد تبين أنها ليست بسيطة كما كان يعتقد من قبل. وهذا يهز فهمنا للأنظمة العصبية البسيطة.
"كان يُعتقد سابقًا أن قناديل البحر يمكنها فقط تنفيذ أبسط التعلم، بما في ذلك التعلم التعودي - القدرة على التعود على محفز معين، مثل الصوت المستمر أو اللمس المستمر. الآن، وجدنا أن قدرات التعلم لدى قناديل البحر أكثر دقة بكثير، ويمكنها في الواقع التعلم من أخطائها". وقال أندرس جارم، الأستاذ المشارك في قسم الأحياء بجامعة كوبنهاجن.
إحدى الخصائص الأكثر تقدمًا للجهاز العصبي هي قدرته على تغيير السلوك بناءً على الخبرة - الذاكرة والتعلم. بدأ فريق بحث بقيادة جان بيليكي وأندرس جارم من جامعة كيل في اختبار هذه القدرة في قنديل البحر الصندوقي. وقد تم نشر النتائج للتو في مجلة Current Biology.
قنديل البحر الصندوقي هو أحد أكثر قناديل البحر سمية في العالم. يستخدمون سمهم لصيد الأسماك والروبيان الكبير. قنديل البحر الصندوقي (Tripedaliacystophora) له سم خفيف ويتغذى على مجدافيات الأرجل الصغيرة.
لا يمتلك قنديل البحر الصندوقي دماغًا مركزيًا مثل معظم الحيوانات. وبدلا من ذلك، لديهم أربعة هياكل متوازية تشبه الدماغ، تحتوي كل منها على حوالي ألف خلية عصبية. يحتوي الدماغ البشري على ما يقرب من 100 مليار خلية عصبية.
يحتوي قنديل البحر الصندوقي على أربع وعشرين عينًا موزعة على أربعة هياكل تشبه الدماغ. يمكن لبعض هذه العيون تكوين صور، مما يمنح قنديل البحر الصندوقي رؤية أكثر تطورًا من الأنواع الأخرى من قناديل البحر.
للعثور على طريقه عبر أشجار المانغروف القاتمة، يستخدم Tripedaliacystophora عيونه الأربع للنظر عبر المياه ويستخدم مظلة المانغروف للتنقل.
يعد Tripedaliacystophora واحدًا من أصغر أنواع قناديل البحر الصندوقية، حيث يبلغ قطر جسمه حوالي سنتيمتر واحد فقط. يعيش في منطقة البحر الكاريبي ووسط المحيطين الهندي والهادئ.
على عكس العديد من أنواع قناديل البحر، يستخدم ذكر قنديل البحر Tripedaliacystophora مخالبه لالتقاط الأنثى أثناء التزاوج. يتم بعد ذلك تخصيب بيض الأنثى في نظامها المعوي، حيث تتطور إلى يرقات.
درس العلماء قنديل البحر الكاريبي الصندوقي (Tripedaliacystophora)، وهو قنديل بحر بحجم ظفر الإصبع يعيش في مستنقعات المانغروف في منطقة البحر الكاريبي. هنا، يستخدمون نظامهم البصري القوي، الذي يتضمن 24 عينًا، لاصطياد مجدافيات الأرجل الصغيرة في جذور أشجار المانغروف. في حين أن شباك جذور الأشجار هي مكان رائع للصيد، إلا أنها قد تكون أيضًا مكانًا خطيرًا لقناديل البحر الرخويات.
لذا، عندما تقترب قناديل البحر الصندوقية من جذور غابة منغروف، فإنها تستدير وتسبح بعيدًا. إذا استداروا بسرعة كبيرة، فلن يكون لديهم الوقت الكافي للقبض على مجدافيات الأرجل. ولكن إذا تأخروا كثيرًا، فإنهم يخاطرون بالتعرض للضرب وإتلاف الجيلاتين الخاص بهم. ولذلك، فإن تقييم المسافة أمر بالغ الأهمية بالنسبة لهم. وجد الباحثون أن التباين هو المفتاح:
"تظهر تجاربنا أن قناديل البحر تستخدم التباين، أي عمق جذورها بالنسبة لسطح الماء، لتقييم المسافة إلى الجذور، مما يسمح لها بالسباحة بعيدًا في الوقت المناسب. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن العلاقة بين المسافة والتباين تتغير كل يوم بسبب تأثير المطر والطحالب والأمواج،" يتابع أندرس-غام: "يمكننا أن نرى أنه مع بدء عملية صيد جديدة كل يوم، تتعلم قنديل البحر الصندوقي التباين الحالي من خلال الجمع بين الانطباعات البصرية وأحاسيس حركات التجنب الفاشلة. لذلك على الرغم من أنها تحتوي على ما يزيد قليلاً عن ألف خلية عصبية (يحتوي دماغنا على حوالي مائة مليار خلية عصبية)، إلا أنها تستطيع ربط التقارب الزمني للانطباعات المختلفة وتعلم الروابط - ما نسميه التعلم الترابطي، في الواقع، بنفس المعدل تقريبًا مثل الحيوانات المتقدمة مثل ذباب الفاكهة والفئران.
نتائج بحثية جديدة تحطم الفهم العلمي السابق للحيوانات ذات الأجهزة العصبية البسيطة:
وقال أندرس-غام: "هذه أخبار ضخمة لعلم الأعصاب الأساسي. فهي توفر منظوراً جديداً حول ما يمكن أن تفعله الأجهزة العصبية البسيطة". "وهذا يشير إلى أن التعلم المتقدم ربما كان أحد أهم المزايا التطورية للجهاز العصبي منذ البداية."
تعيش قنديل البحر الكاريبي المربع وتتغذى تحت الماء في جذور أشجار المنغروف. مصدر الصورة: أندرس جرام
قام الباحثون بتكرار ظروف مستنقعات المانغروف في المختبر، ووضعوا قناديل البحر الصندوقية في ساحة سلوكية. هنا، تلاعب الباحثون بسلوك قناديل البحر من خلال تغيير الظروف المتناقضة لمعرفة تأثير ذلك على سلوكهم.
لقد تعلموا أن قناديل البحر تتعلم من خلال عمليات الهروب الفاشلة. أي أنهم يتعلمون من خلال إساءة تفسير التباين والاصطدام بجذور الأشجار. هنا، يتعلمون متى يستديرون من خلال الجمع بين الانطباع البصري لضرب جذر الشجرة مع التأثير الميكانيكي.
يقول أندرس-غام: "تُظهر تجاربنا السلوكية أن ثلاث إلى خمس مناورات مراوغة فاشلة كافية لتغيير سلوك قنديل البحر بحيث لا تعود تضرب جذور الأشجار. ومن المثير للاهتمام أن هذا هو نفس معدل التكرار المطلوب للتعلم في ذباب الفاكهة أو الفئران".
أثبتت تجارب الفيزيولوجيا الكهربية والتكييف الكلاسيكي صحة طريقة التعلم هذه وأظهرت أيضًا مكان حدوث التعلم في الجهاز العصبي لقنديل البحر.
وأظهر العلماء أيضًا مكان حدوث التعلم في قنديل البحر الصندوقي. وهذا يوفر لهم الآن فرصة فريدة لدراسة التغيرات الدقيقة التي تحدث في الخلايا العصبية أثناء مشاركتها في التعلم المتقدم.
وقال أندرس-غام: "نأمل أن يصبح هذا نظامًا نموذجيًا فائقًا لدراسة العمليات الخلوية للتعلم المتقدم في مختلف الحيوانات. ونحن نحاول الآن تحديد الخلايا التي تشارك في التعلم وتكوين الذاكرة بالضبط". "وبهذه الطريقة، يمكننا التعمق في التغيرات الهيكلية والفسيولوجية التي تحدث في الخلايا أثناء عملية التعلم."
إذا تمكن فريق البحث من تحديد الآلية الدقيقة التي تشارك بها قناديل البحر في التعلم، فستكون الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كانت هذه الآلية خاصة بقناديل البحر أم أنها موجودة في جميع الحيوانات.
وقال الباحثون: "في نهاية المطاف، سنبحث عن نفس الآلية في الحيوانات الأخرى لمعرفة ما إذا كانت هذه هي الطريقة التي تعمل بها الذاكرة بشكل عام".
ويعتقد أندرس-غام أن هذه المعرفة الرائدة يمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض: "إن فهم شيء غامض ومعقد للغاية مثل الدماغ هو في حد ذاته شيء رائع للغاية. ولكن لديه أيضًا العديد من الاحتمالات المفيدة التي لا يمكن تصورها. وستكون الأشكال المختلفة للخرف مشكلة رئيسية في المستقبل بلا شك. أنا لا أدعي أننا وجدنا علاجًا للخرف، ولكن إذا تمكنا من فهم ماهية الذاكرة بشكل أفضل، وهي مشكلة أساسية في الخرف، فقد نكون قادرين على وضع الأساس لمرض الخرف". فهم أفضل للمرض وربما محاربته."
ومن المقرر نشر البحث اليوم (22 سبتمبر) في المجلة العلمية Current Biology.