Ondanks dat deze kwallen slechts duizend zenuwcellen hebben, leren ze net zo snel als geavanceerde dieren, zoals fruitvliegjes en muizen.
Lang dachten wetenschappers dat kwallen simpele dieren waren die maar weinig konden leren. Maar mogelijk hebben we deze dieren al die tijd onderschat. Recent onderzoek heeft laten zien dat de Tripedalia cystophora (een tropische dooskwal) op een veel geavanceerder niveau kan leren dan we eerder dachten. En dat is nog knapper als je je bedenkt dat ze slechts duizend zenuwcellen hebben en niet over een centraal zenuwstelsel beschikken.
Leren
De heersende opvatting is dat dieren met meer ontwikkelde zenuwstelsels beter in staat zijn om te leren. Kwallen en hun naaste verwanten worden beschouwd als enkele van de vroegst evoluerende dieren die zenuwstelsels ontwikkelden, maar hun zenuwstelsels worden als relatief eenvoudig beschouwd en ze missen een centraal brein. “Vroeger dacht men dat kwallen alleen in staat waren tot de meest eenvoudige vorm van leren,” zegt onderzoeker Anders Garm. “Denk aan het wennen aan herhaalde prikkels, zoals een constant geluid of constante aanraking. Maar nu hebben we ontdekt dat kwallen eigenlijk veel geavanceerder kunnen leren dan we eerst dachten. Ze kunnen zelfs leren van hun fouten. En op basis van die ervaringen passen ze hun gedrag aan.”
Studie
De onderzoekers komen tot deze ontdekking nadat ze Tripedalia cystophora (zie kader) trainden om obstakels te herkennen en te ontwijken. Het onderzoeksteam zette de kwal in een ronde tank met grijze en witte strepen om zijn natuurlijke omgeving na te bootsen. De grijze strepen deden denken aan mangrovewortels die verder weg leken te zijn. Vervolgens observeerden de onderzoekers de kwallen in de tank gedurende 7,5 minuten. In het begin naderde de kwal deze schijnbaar verre strepen dicht en botste er zelfs vaak tegenaan. Maar tegen het einde van het experiment merkten de onderzoekers op dat de kwal de gemiddelde afstand tot de muur met ongeveer 50 procent vergrootte, meer succesvolle manoeuvres uitvoerde om botsingen te voorkomen en de hoeveelheid contact met de muur halveerde. Deze resultaten suggereren dat kwallen kunnen leren van hun ervaringen door middel van visuele en mechanische prikkels.
De Tripedalia cystophora is zoals gezegd een dooskwal. Dooskwallen behoren tot een klasse van kwallen die berucht zijn als enkele van de meest giftige dieren ter wereld. Ze maken gebruik van hun gif om vissen en grote garnalen te vangen. Tripedalia cystophora heeft echter een minder krachtig gif en voedt zich met kleine schaaldieren. Met een lichaam van slechts ongeveer één centimeter in diameter – waarmee hij niet groter is dan een vingernagel – is hij één van de kleinste soorten dooskwallen. Ze hebben een ingewikkeld visueel systeem met 24 ogen in hun belvormige lichaam. De kwallen bewonen mangrovemoerassen en vertrouwen op hun zicht om te navigeren in troebel water en om obstakels – zoals onderwaterboomwortels – te ontwijken terwijl ze op jacht zijn naar een prooi. De kwal leeft in de Caribische Zee en het centrale Indo-Pacifische gebied.
De bevindingen tonen aan dat kwallen kunnen leren van eerdere ervaringen, net als mensen, muizen en vliegen. En dat is interessant. Het toont namelijk aan dat zelfs het eenvoudigste zenuwstelsel in staat is tot geavanceerd leren.
Slimmer dan gedacht
Kwallen zijn dus, ondanks hun gebrek aan centrale hersenen, een stuk slimmer dan gedacht. Het onderzoek daagt dan ook eerdere theorieën die suggereerden dat geavanceerd leren afhankelijk is van de aanwezigheid van een centraal brein, uit. “Ook al hebben de kwallen slechts duizend zenuwcellen – ter vergelijking, mensen hebben er ongeveer 100 miljard – zijn ze in staat om verschillende indrukken tijdelijk samen te brengen en verbanden te leggen, wat we associatief leren noemen,” vertelt Garm. “En verrassend genoeg leren ze net zo snel als meer geavanceerde dieren zoals fruitvliegen en muizen.”
Groot nieuws
De onderzoeksresultaten, gepubliceerd in het vakblad Current Biology, doorbreken bestaande wetenschappelijke opvattingen over wat dieren met eenvoudige zenuwstelsels kunnen presteren. “Dit is behoorlijk groot nieuws in de neurowetenschap,” benadrukt Garm. “Dit geeft ons een frisse kijk op wat er mogelijk is met een relatief simpel zenuwstelsel. Het suggereert dat geavanceerd leren wellicht een van de meest cruciale evolutionaire voordelen van het zenuwstelsel is geweest, zelfs vanaf het prille begin van de evolutie.”
Hersenen
Deze bevinding verandert ons fundamentele begrip van de hersenen, waar overigens nog genoeg over te ontdekken valt. “We hopen dat dit onderzoek kan dienen als een model om de cellulaire processen in geavanceerd leren bij verschillende dieren te bestuderen,” stelt Garm. “Momenteel zijn we bezig met het nauwkeurig identificeren van welke cellen betrokken zijn bij leren en geheugenvorming. Zodra we dat hebben vastgesteld, kunnen we onderzoeken welke structurele en fysiologische veranderingen zich voordoen in die cellen tijdens het leerproces.” Als de onderzoekers erin slagen de precieze mechanismen in kwallen te identificeren die betrokken zijn bij leren, is de volgende stap om te onderzoeken of dit fenomeen specifiek is voor kwallen of dat het bij alle dieren voorkomt. “Op den duur zullen we dezelfde mechanismen onderzoeken bij andere dieren om te kijken of dit de manier is waarop het geheugen in het algemeen functioneert,” aldus de onderzoeker.
En die kennis kan ons vervolgens ook weer inzicht verschaffen in onze eigen mysterieuze hersenen. “Een beter begrip van zoiets raadselachtigs en complex als de hersenen is op zichzelf al geweldig,” zegt Garm. “Maar er zijn ontelbare praktische toepassingen mogelijk. Een belangrijke uitdaging in de toekomst zal naar alle waarschijnlijkheid te maken hebben met verschillende vormen van dementie. Ik claim niet dat we een genezing voor dementie hebben gevonden, maar als we een dieper inzicht kunnen krijgen in wat geheugen inhoudt, wat een kernprobleem is bij dementie, kunnen we mogelijk een bouwsteen leggen om de ziekte beter te begrijpen en er misschien effectiever tegen optreden.”
