Kuun meduusat ja hermoverkot

Kuun meduusat (Aurelia aurita), jotka ovat lähes kaikkien maailman valtamerien alueella, ovat nyt tutkijoiden tutkimien kohteena, jotta voidaan oppia, miten niiden hermoverkot toimivat. Niiden läpinäkyvien kellomaisen muotoinen rakenteen avulla, joka on 3-30 senttimetrin kokoinen, meduusat pystyvät liikkumaan hyvin tehokkaasti.

Tutkimuksen pääkirjoittaja on Fabian Pallasdies, joka on osa Neural Network Dynamics and computation -tutkimusryhmää, Institute of Genetics -yksikössä, Bonnin yliopistossa.

“Nämä meduusat ovat rengasmainen lihas, joka supistuu ja työntää vettä kellon ulkopuolelle”, Pallasdies selittää.

Meduusojen liikkeen tehokkuus johtuu siitä, että ne pystyvät luomaan pyörteitä kellonsa reunassa, mikä lisää etenemistä.

“Lisäksi vain kellon supistuminen vaatii lihasvoimaa; laajeneminen tapahtuu itsestään, koska kudos on elastista ja palautuu alkuperäiseen muotoonsa”, Pallasdies jatkaa.

Tutkijaryhmä on nyt kehittänyt matemaattisen mallin kuun meduusojen hermoverkoista. Sitä käytetään tutkimiseen hermoverkoista ja siitä, miten ne säätelevät meduusojen liikettä.

Professori Dr. Raoul-Martin Memmesheimer on tutkimusryhmän johtaja.

“Meduusat ovat yksi vanhimmista ja yksinkertaisimmista eläimistä, jotka liikkuvat vedessä”, hän sanoo.

Tutkijat tarkastelevat nyt hermoston alkuperää ja muita eläimiä.

Meduusoja on tutkittu jo vuosikymmeniä, ja laaja kokeellinen neurofysiologinen data on kerätty 1950-1980-luvuilla. Bonnin yliopiston tutkijat käyttivät tätä dataa matemaattisen mallin kehittämiseen. He tutkivat yksittäisiä hermosoluja, hermosolujen verkkoja, koko eläintä ja ympäröivää vettä.

“Malli voidaan käyttää vastaamaan kysymykseen siitä, miten yksittäisten hermosolujen ärsytyksen tuloksena meduusan liike”, Pallasdies sanoo.

Kuun meduusat pystyvät havainnoimaan sijaintiaan valostimuluksilla ja tasapainoelimen avulla. Eläimellä on keinoja korjata itsensä, kun se kääntyy merivirtauksessa. Tämä usein vaatii korjausta ja liikettä veden pintaan. Tutkijat vahvistivat matemaattisella mallilla, että meduusat käyttävät yhtä hermoverkkoa suoraan liikkeeseen ja kahta pyörimisliikkeeseen.

Hermosolujen toiminta liikkuu meduusan kellon ympäri aaltomaisessa muodossa, ja liikkuminen toimii, vaikka suuria osia kellosta on vahingoittunut. Bonnin yliopiston tutkijat pystyvät nyt selittämään tämän simulaatioiden avulla.

“Meduusat voivat ottaa ja lähettää signaaleja kellollaan missä tahansa kohdassa”, Pallasdies sanoo. “Kun yksi hermosolu aktivoituu, muut aktivoituvat myös, vaikka osia kellosta on vahingoittunut.”

Kuun meduusa on viimeisin eläinlaji, jossa hermoverkkoja tutkitaan. Luonnon ympäristö voi antaa monia vastauksia uusiin kysymyksiin, jotka liittyvät hermoverkkoihin, tekoälyyn, robottiikkaan ja muihin aiheisiin. Tällä hetkellä kehitetään vedenalaisia robottija, jotka perustuvat meduusojen uimisen periaatteisiin.

“Ehkä tutkimuksemme voi auttaa parantamaan näiden robotien autonomista ohjausta”, Pallasdies sanoo.

Tutkijat toivovat, että heidän tutkimuksensa ja jatkuva työ auttavat selittämään hermoverkkojen varhaisen evoluution.