Vandmænd er klogere, end vi troede

De fascinerende geléagtige væsner har overlevet i over 500 millioner år og kan kun siges at være en evolutionær kæmpesucces. Men vi har altid betragtet vandmænd som simple skabninger med meget begrænsede indlæringsevner.

For den herskende opfattelse er, at jo mere avanceret nervesystemet er hos et dyr, jo mere avanceret indlæring har det. Vandmænd og deres slægtninge, tilsammen kaldet polypdyrene, regnes for de tidligste nulevende dyr, der udviklede et nervesystem. Men der er tale om et ret simpelt nervesystem uden en central hjerne.

Neurobiolog Anders Garm har i godt 10 år forsket i den gruppe af vandmænd, som hedder havhvepse. De er mest kendt for at være blandt verdens giftigste dyr. Men de dødbringende gopler er også interessante af en anden grund: Det viser sig nemlig, at de slet ikke er så simple, som man hidtil har troet. Og det rokker ved hele vores forståelse af, hvad simple nervesystemer er i stand til.

”Man er gået ud fra, at vandmænd kun formår de allermest simple former for indlæring, herunder tilvænning – altså evnen til at vænne sig til en bestemt stimulering som fx en konstant lyd eller konstant berøring. Men vi kan nu se, at vandmænd har en langt mere raffineret indlæring og faktisk er i stand til at lære af deres fejl og deraf ændre deres adfærd,” fortæller Anders Garm, lektor på Biologisk Institut.

En af de mest avancerede ting, vi kender fra nervesystemet, er evnen til at ændre sin adfærd som følge af erfaring – at huske og lære. Så den evne satte forskerholdet med Jan Bielecki fra Kiel Universitet og Anders Garm i spidsen sig for at teste i havhvepse. Resultaterne er netop udgivet i tidsskriftet Current Biology.

1000 nerveceller kan mere, end vi troede

Den type havhveps, Tripedalia cystophora, som forskerne har undersøgt, og som kun er på størrelse med en fingernegl, lever i mangrovesumpene i Caribien, hvor de bruger deres imponerende visuelle synssystem med 24 øjne til at jage vandlopper inde mellem mangroverødderne. Men det er et farligt sted for en vandmand, fordi rødderne kan ødelægge deres bløde gele-krop.

Når havhvepsene jager bevæger den sig tæt på rødderne for så at vende om og svømme væk for ikke at støde ind i dem. Hvis havhvepsene vender om for tidligt, har de for lidt tid til at fange vandlopper. Vender de for sent, støder de ind i roden. Derfor er det afgørende, at de er i stand til at vurdere afstanden. Og her er kontrasten nøglen, har forskerne opdaget: 

“Vores forsøg viser, at det er kontrasten, altså hvor mørk roden er i forhold til vandet, som vandmændene bruger til at vurdere afstanden til rødderne med, så de kan svømme væk på det rigtige tidspunkt. Men det bliver ekstra interessant af, at forholdet mellem afstand og kontrast dagligt ændrer sig på grund af bl.a. regnvand, alger og bølger” fortæller Anders Garm og fortsætter:

”Vi kan se, at hver dag, når havhvepsene begynder at jage, lærer de den aktuelle kontrast ved at kombinere synsindtryk og føleindtryk under undvigemanøvrer, der slår fejl. Så på trods af kun 1000 nerveceller – vores hjerne har cirka 100 milliarder – kan de forbinde tidsmæssige sammenfald af forskellige indtryk og lære en sammenhæng - det, man kalder associativ indlæring. Og de lærer det faktisk nogenlunde lige så hurtigt som avancerede dyr som fx bananfluer og mus.”

Det nye forskningsresultat bryder med videnskabens hidtidige opfattelse af, hvad dyr med simple nervesystemer evner:

”For fundamental neurovidenskab er dette her rimelig stort. Det giver et nyt syn på, hvor meget man kan med et simpelt nervesystem. Og det peger på, at avanceret indlæring måske har været en af de væsentligste evolutionære fordele ved nervesystemet helt fra starten,” siger Anders Garm.

Vil finde de hjerneceller, hvor hukommelsen sidder

Forskerholdet har samtidig vist, hvor i havhvepsenes nervesystem, at indlæringen foregår. Og det giver dem unikke muligheder for nu at studerede de præcise forandringer, der sker i en nervecelle, når den er involveret i avanceret indlæring.   

“Vi håber, at dette kan blive et supermodelsystem til at kigge på cellulære processer i avanceret læring i alle mulige dyr. Nu er vi i gang med at prøve at pinpointe præcis de celler, som er involveret i indlæringen og hukommelsen, og så kan vi gå ind og se på, hvilke strukturelle og fysiologiske forandringer, der sker i en celle, når den lærer,” siger Anders Garm.

Hvis forskerne kan udpege de præcise mekanismer i vandmanden, som er involveret i indlæring, er næste skridt at finde ud af, om det kun gælder i vandmanden eller i alle dyr.

”Så vil vi kigge efter de samme mekanismer i andre dyr for at se, om det helt generelt er sådan, at hukommelse virker,” siger forskeren.

Og en så banebrydende viden ville man kunne bruge til et væld af ting, lyder det fra forskeren:

“Det at forstå noget så gådefuldt og uhyre komplekst som hjernen er jo i sig selv en fuldstændig fantastisk ting. Men der er også ufattelige anvendte muligheder. Et stort problem i fremtiden bliver uden tvivl forskellige former for demens. Jeg vil ikke hævde, at vi nu finder kuren mod demens, men hvis vi får en større forståelse af, hvad hukommelse er, som er det problematiske i demens, kan vi muligvis lægge en byggesten til at bedre forstå sygdommen og måske modvirke den,” slutter Anders Garm.

[FAKTABOKS:] OM TRIPEDALIA CYSTOPHORA

• Havhvepse er en klasse af gopler, som er særlig kendt for at nogle af arterne er blandt de giftigste dyr i verden. De bruger giften til at fange fisk og store rejer. Tripedalia cystophora har en noget mildere gift og lever af små vandlopper.
  
  
• Havhvepse har ikke en central hjerne som de fleste dyr, men har fire parallelle hjernelignende strukturer med cirka tusind nerveceller i hver. En menneskehjerne har cirka 100 milliarder nerveceller.
  
  
• Havhvepsen har i alt 24 øjne fordelt på hver af de fire hjerner. Nogle af øjnene er billeddannende på en måde, der minder om menneskers, og det giver havhvepse et mere komplekst syn end andre gopler.
  
  
• For at finde vej i mangroven kigger fire af Tripedalia cystophoras øjne op på land gennem vandoverfladen og navigerer efter trækronerne.
  
  
• Tripedalia cystophora er en af de mindste havhvepse-arter med en krop på kun cirka én cm i diameter. Den lever i det caribiske hav og det centrale Indo-Stillehav.
  
• Modsat mange arter af vandmænd har Tripedalia cystophora en egentlig parring, hvor hannen indfanger hunnen med sine tentakler. Hunnens æg befrugtes efterfølgende i dens tarmsystem, hvor de også udvikler sig til larver.

 

[FAKTABOKS:] SÅDAN GJORDE DE

Forskerne har repliceret forholdene i en mangrovesump i laboratoriet, hvor havhvepse er blevet placeret i en adfærdsarena. Her har forskerne manipuleret adfærden hos vandmændene ved at ændre på kontrastforholdet og derefter observeret, hvilken effekt det har på dyrenes opførsel.

Vandmændenes indlæring er foregået gennem mislykkede undvigelser. Det vil sige, når de har fejltolket kontrasten og stødt ind i rødder. De kombinerer her synsindtrykket og det mekaniske chok, de får, når de støder ind i roden – og lærer herigennem, hvornår de skal vende om.

”Vores adfærdsforsøg viser, at tre-fem mislykkede undvigemanøvrer er nok til at ændre vandmændenes adfærd, så de ikke rammer rødderne mere. Det er interessant, at det er nogenlunde samme gentagelsesfrekvens, som en bananflue eller en mus skal bruge for at lære,” siger Anders Garm.

Indlæringen blev yderligere verificeret gennem elektrofysiologi og klassiske konditioneringsforsøg, som også viste, i hvilken del af vandmandens nervesystem, at indlæringen foregår.

[FAKTABOKS:] OM STUDIET

Studiet er udført af Jan Bielecki fra Kiel Universitet og Anders Garm, Sofie Katrine Dam Nielsen samt Gösta Nachman fra Biologisk Institut, Københavns Universitet.

Studiet er netop udkommet i det videnskabelige tidsskrift Current Biology.