A surpreendente inteligência da água-viva muda nossa compreensão básica do cérebro

As medusas são mais avançadas do que se pensava. Um novo estudo da Universidade de Copenhaga mostra que as medusas caribenhas podem aprender a um nível mais complexo do que alguma vez se imaginou, apesar de terem apenas cerca de mil neurónios e da ausência de um cérebro central. Esta descoberta muda a nossa compreensão básica do cérebro e pode lançar luz sobre os nossos cérebros misteriosos.

Depois de mais de 500 milhões de anos na Terra, o enorme sucesso evolutivo das águas-vivas é inegável. No entanto, sempre os consideramos criaturas simples com capacidades de aprendizagem muito limitadas.

A visão predominante é que um sistema nervoso mais avançado equivale a um potencial de aprendizagem mais avançado nos animais. As medusas e seus parentes, conhecidos coletivamente como cnidários, são os primeiros animais vivos a desenvolver um sistema nervoso e têm um sistema nervoso bastante simples e sem cérebro central.

Por mais de uma década, o neurobiólogo Anders Jarm estudou as águas-vivas, um grupo de águas-vivas conhecidas por serem uma das criaturas mais venenosas do mundo. Mas essas geadas mortais são interessantes por outro motivo: elas não são tão simples quanto pensávamos. Isso abala toda a nossa compreensão do que os sistemas nervosos simples são capazes.

“Anteriormente, pensava-se que as águas-vivas só conseguiam lidar com as formas mais simples de aprendizagem, incluindo a habituação, ou seja, a capacidade de se habituarem a um determinado estímulo, como um som ou um toque firme. Vemos agora que as águas-vivas têm uma capacidade de aprendizagem mais subtil. e pode realmente aprender “Ele muda o seu comportamento e, ao fazê-lo, muda o seu comportamento”, diz Anders Jarm, professor associado do Departamento de Biologia da Universidade de Copenhaga.

Uma das características mais avançadas do sistema nervoso é a capacidade de mudar o comportamento como resultado da experiência – lembrança e aprendizagem. A equipe de pesquisa, liderada por Jan Bilecki da Universidade de Kiel e Anders Jarm, decidiu testar essa habilidade em águas-vivas de caixa. Os resultados acabam de ser publicados na revista Biologia atual.

sobre Tripidália cestophora

• A água-viva caixa é um tipo de água-viva conhecida por ser um dos animais mais venenosos do mundo. Eles usam seu veneno para capturar peixes grandes e camarões. Tripidália cestophora Possui um veneno um pouco mais suave e se alimenta de pequenos copépodes.
• As águas-vivas não têm cérebro central como a maioria dos animais. Em vez disso, eles têm quatro estruturas paralelas semelhantes ao cérebro, cada uma contendo cerca de mil neurônios. O cérebro humano contém aproximadamente 100 bilhões de neurônios.
• A água-viva caixa tem vinte e quatro olhos distribuídos entre suas quatro estruturas semelhantes ao cérebro. Alguns desses olhos formam uma imagem, dando à água-viva caixa uma visão mais complexa do que outros tipos de água-viva.
• Caminhando pelos manguezais escuros, quatro deles Tripidália cestophora Os olhos olham para cima através da superfície da água e navegam pelas copas dos manguezais.
• Tripidália cestophora É uma das menores águas-vivas quadradas ClassificarO diâmetro do seu corpo é de apenas cerca de um centímetro. Vive no Mar do Caribe e nos oceanos central Índico e Pacífico.
• Ao contrário de muitos tipos de água-viva, Tripidália cestophora Na verdade, eles acasalam quando o macho agarra a fêmea com as garras. Os óvulos da fêmea são então fertilizados no trato intestinal, onde também se desenvolvem em larvas.

Existem mil neurônios mais capazes do que se pensava

Os cientistas estudaram a água-viva caribenha, Tripidália cestophoraUma água-viva do tamanho de uma unha que vive nos manguezais do Caribe. Aqui, eles usam seu impressionante sistema visual, incluindo 24 olhos, para procurar pequenos copépodes entre as raízes dos manguezais. Embora proporcionem um bom terreno de caça, a rede radicular também é um local perigoso para geleias de corpo mole.

Então, quando a pequena água-viva se aproxima das raízes dos manguezais, ela se vira e vai embora. Se mudarem muito cedo, não terão tempo suficiente para capturar os copépodes. Mas se virarem tarde demais, correm o risco de atingir a raiz e danificar seus corpos gelatinosos. Portanto, avaliar distâncias é crucial para eles. Aqui, a variação é fundamental, como descobriram os pesquisadores:

“Temos muitas experiências em contraste, os obstáculos da corrida são percorridos pela água, ela é utilizada pelos méduses para valorizar as distâncias das corridas, o que permite ao piloto ajustar-se na hora certa. O que é ainda mais interessante é que a relação entre distância e contraste muda diariamente devido à água da chuva, algas e ação das ondas”, explica Anders Jarm, que continua:

“Podemos ver que, com o início de cada novo dia de caça, as medusas-caixa aprendem com as discrepâncias atuais, combinando impressões visuais com sensações durante manobras de evitação malsucedidas. Assim, apesar de terem apenas mil neurónios, o nosso cérebro tem cerca de 100 mil milhões.” – No entanto, eles podem correlacionar a proximidade temporal de diferentes impressões e aprender associações – ou o que chamamos de aprendizagem associativa – e aprendem na mesma velocidade que animais avançados, como moscas-das-frutas e ratos.

As novas descobertas da pesquisa contradizem as percepções científicas anteriores sobre a capacidade dos animais com sistemas nervosos simples de:

“Para a neurociência básica, esta é uma grande notícia. Oferece uma nova perspectiva sobre o que pode ser feito com um sistema nervoso simples. “Isso sugere que o aprendizado avançado pode ter sido uma das vantagens evolutivas mais importantes do sistema nervoso desde o início ”, explica Anders Jarm.

As águas-vivas caribenhas vivem e se alimentam entre as raízes subaquáticas dos manguezais. Crédito: Anders Gram

Como eles fizeram isso?

Os pesquisadores replicaram as condições dos manguezais em laboratório, onde as águas-vivas foram colocadas em uma arena comportamental. Aqui, os pesquisadores manipularam o comportamento das águas-vivas, alterando as condições de contraste para ver que efeito isso tinha no seu comportamento.

Eles aprenderam que as águas-vivas aprendem através de fugas fracassadas. Em outras palavras, eles aprendem interpretando mal as contradições e encontrando raízes. Aqui, combinaram a impressão visual com o choque mecânico que sentiam cada vez que batiam numa raiz – e ao fazê-lo, aprenderam quando se afastar.

“Nossos experimentos comportamentais mostram que três a cinco manobras de evitação fracassadas são suficientes para modificar o comportamento da água-viva, de modo que ela não toque mais nas raízes. Curiosamente, esta é a mesma taxa de repetição que uma mosca da fruta ou um rato precisa aprender.

A aprendizagem foi então verificada através de eletrofisiologia e experimentos de condicionamento clássico, que também mostraram onde ocorre a aprendizagem no sistema nervoso da água-viva.

Em busca de células cerebrais onde a memória está localizada

Os cientistas também mostraram onde ocorre o aprendizado nessas águas-vivas. Isso lhes deu oportunidades únicas de estudar as mudanças sutis que ocorrem em um neurônio quando ele está envolvido no aprendizado avançado.

“Esperamos que este se torne um sistema modelo para estudar processos celulares em aprendizagem avançada em todas as espécies animais.” Atualmente estamos tentando identificar quais células estão envolvidas na aprendizagem e na formação da memória. Ao fazer isso, poderemos observar as mudanças estruturais e fisiológicas que ocorrem nas células enquanto ocorre o aprendizado”, explica Anders Jarm.

Se a equipa de investigação conseguir identificar os mecanismos precisos envolvidos na aprendizagem nas medusas, o próximo passo será ver se isto se aplica especificamente às medusas ou se pode ser encontrado em todos os animais.

“Eventualmente, procuraremos os mesmos mecanismos em outros animais, para ver se é assim que funciona a memória em geral”, explica o pesquisador.

Esse tipo de conhecimento revolucionário pode ser usado para diversos propósitos, segundo Anders Jarm:

“Compreender algo tão misterioso e complexo como o cérebro é por si só absolutamente incrível. Mas há um número inimaginável de possibilidades úteis. Não há dúvida de que várias formas de demência serão um enorme problema no futuro. Não estou afirmando que nós encontrámos a cura para a demência, mas se conseguirmos compreender melhor o que é a memória, que é um problema central na demência, poderemos lançar as bases para uma melhor compreensão da doença e talvez até combatê-la”, conclui a investigadora. .

O estudo será publicado hoje (22 de setembro) na revista científica Biologia atual.

O estudo foi liderado por Jan Bilecki da Universidade de Kiel, Anders Jarm, Sophie Katrin Dam Nielsen e Gösta Nachman do Departamento de Biologia da Universidade de Copenhague.