Kuujellyfishit ja neurverkkot

Kuujellyfishit (Aurelia aurita), jotka ovat lähes kaikkien maailman valtamerien alueella, ovat nyt tutkijoiden tutkimassa, jotta he voisivat oppia, miten niiden neurverkkot toimivat. Niiden läpinäkyvien kellujen avulla, jotka ovat kolmesta 30 senttimetriin, cnidaria pystyy liikkumaan hyvin tehokkaasti. 

Tutkimuksen vastaava tekijä on Fabian Pallasdies Neural Network Dynamics and computation -tutkimusryhmästä Institute of Genetics -yliopistossa University of Bonn. 

“Nämä meduusat ovat renkaanmuotoisia lihaksia, jotka supistuvat ja työntävät vettä ulos kellosta,” Pallasdies selittää. 

Liikkeen tehokkuus johtuu kuujellyfishin kyvystä luoda pyörteitä kellosta reunassa, mikä puolestaan lisää työntövoimaa. 

“Lisäksi vain kelloksen supistuminen vaatii lihasvoimaa; laajeneminen tapahtuu itsestään, koska kudokset ovat joustavia ja palaavat alkuperäiseen muotoonsa,” Pallasdies jatkaa. 

Tutkijaryhmä on nyt kehittänyt matemaattisen mallin kuujellyfishin neurverkoista. Sitä käytetään tutkimiseen neurverkkoja ja miten ne säätelevät kuujellyfishin liikettä.

Professori Dr. Raoul-Martin Memmesheimer on tutkimusryhmän johtaja.

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

Tutkijaryhmä tarkastelee nyt hermoston alkuperää ja muita eläimiä. 

Meduusoita on tutkittu jo vuosikymmeniä, ja laaja neurofysiologinen kokeellinen tieto on kerätty 1950-1980-luvuilla. Bonnin yliopiston tutkijat käyttivät tietoja matemaattisen mallin kehittämiseen. He tutkivat yksittäisiä hermosoluja, hermosolujen verkostoja, koko eläintä ja ympäröivää vettä. 

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

Kuujellyfishit pystyvät havainnoimaan sijaintiaan valostimuluksilla ja tasapainoelimen avulla. Eläimellä on keinoja korjata itsensä, kun se on kääntynyt merivirtauksessa. Tämä usein vaatii liikkeen korjaamista ja suuntaamista veden pinnalle. Tutkijat vahvistivat matemaattisen mallin avulla, että meduusat käyttävät yhtä neurverkkoa suoraan uimiseen ja kahta pyörimisliikkeeseen. 

Hermosolujen toiminta liikkuu meduusan kelloksen ympärillä aaltomaisessa muodossa, ja liikkuminen toimii, vaikka suuria osia kellosta on vahingoittunut. Bonnin yliopiston tutkijat voivat nyt selittää tämän simulaatioidensa avulla. 

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

Kuujellyfish on uusin eläinlaji, jonka neurverkkoja tutkitaan. Luonnon ympäristö voi tarjota monia vastauksia uusiin kysymyksiin, jotka liittyvät neurverkkoihin, tekoälyyn, robottiikkaan ja muihin. Tällä hetkellä kehitetään vedenalaisia robottiikkaa meduusojen uimisperiaatteiden mukaan.

“Todennäköisesti tutkimuksemme voi auttaa parantamaan näiden robotien itsenäistä ohjausta,” Pallasdies sanoo.

Tutkijat toivovat, että heidän tutkimuksensa ja jatkuvat työt auttavat selittämään neurverkkojen varhaisen evoluution.