Mondjellyfish und Neuronale Netze

Mondjellyfish (Aurelia aurita), die in fast allen Ozeanen der Welt vorkommen, werden jetzt von Forschern studiert, um zu erfahren, wie ihre neuronalen Netze funktionieren. Durch die Verwendung ihrer durchsichtigen Schirme, die von drei bis 30 Zentimetern messen, sind die Cnidarien in der Lage, sich sehr effizient zu bewegen.

Der Hauptautor der Studie ist Fabian Pallasdies von der Forschungsgruppe Neural Network Dynamics und Computation am Institut für Genetik der Universität Bonn.

“Diese Jellyfish haben ringförmige Muskeln, die sich zusammenziehen und damit das Wasser aus dem Schirm drücken”, erklärt Pallasdies.

Die Effizienz ihrer Bewegungen kommt von der Fähigkeit der Mondjellyfish, Wirbel an der Kante ihres Schirms zu erzeugen, was die Propulsion erhöht.

“Außerdem benötigt nur die Kontraktion des Schirms Muskelkraft; die Expansion geschieht automatisch, weil das Gewebe elastisch ist und zu seiner ursprünglichen Form zurückkehrt”, fährt Pallasdies fort.

Die Gruppe von Wissenschaftlern hat jetzt ein mathematisches Modell der neuronalen Netze von Mondjellyfish entwickelt. Es wird verwendet, um die neuronalen Netze und ihre Regulierung der Bewegung der Mondjellyfish zu untersuchen.

Professor Dr. Raoul-Martin Memmesheimer ist der Leiter der Forschungsgruppe.

“Jellyfish sind unter den ältesten und einfachsten Organismen, die sich im Wasser bewegen”, sagt er.

Das Team wird nun die Ursprünge ihres Nervensystems und anderer Organismen untersuchen.

Jellyfish wurden seit Jahrzehnten studiert, und umfangreiche experimentelle neurophysiologische Daten wurden zwischen den 1950er und 1980er Jahren gesammelt. Die Forscher an der Universität Bonn verwendeten diese Daten, um ihr mathematisches Modell zu entwickeln. Sie studierten einzelne Nervenzellen, Nervenzellnetzwerke, das gesamte Tier und das umgebende Wasser.

“Das Modell kann verwendet werden, um die Frage zu beantworten, wie die Erregung einzelner Nervenzellen zur Bewegung der Mondjellyfish führt”, sagt Pallasdies.

Mondjellyfish können ihre Position durch Lichtreize und mit einem Gleichgewichtsorgan wahrnehmen. Das Tier hat Möglichkeiten, sich zu korrigieren, wenn es von der Meeresströmung gedreht wird. Dies erfordert oft, die Bewegung zu kompensieren und zur Wasseroberfläche zu schwimmen. Die Forscher bestätigten durch ihr mathematisches Modell, dass die Jellyfish ein neuronales Netz für das geradlinige Schwimmen und zwei für Rotationen verwenden.

Die Aktivität der Nervenzellen bewegt sich in einer wellenförmigen Bewegung durch den Schirm der Jellyfish, und die Fortbewegung funktioniert auch, wenn große Teile des Schirms verletzt sind. Wissenschaftler an der Universität Bonn können dies jetzt mit ihren Simulationen erklären.

“Jellyfish können Signale auf ihrem Schirm an jedem Punkt aufnehmen und übertragen”, sagt Pallasdies. “Wenn eine Nervenzelle feuert, feuern die anderen auch, selbst wenn Abschnitte des Schirms beeinträchtigt sind.”

Die Mondjellyfish sind die neueste Art von Tieren, bei denen neuronale Netze studiert werden. Die natürliche Umgebung kann viele Antworten auf neue Fragen rund um neuronale Netze, künstliche Intelligenz, Robotik und mehr liefern. Derzeit werden Unterwasser-Roboter auf der Grundlage der Schwimmprinzipien von Jellyfish entwickelt.

“Vielleicht kann unsere Studie dazu beitragen, die autonome Steuerung dieser Roboter zu verbessern”, sagt Pallasdies.

Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Forschung und ihre laufende Arbeit dazu beitragen werden, die frühe Evolution von neuronalen Netzen zu erklären.