尽管水母没有大脑,但从某种程度上来说,科学家们已经找到了一种能读懂它们思想的方法。
通过对基因进行巧妙的修补,我们现在可以观察到一种小型透明水母的神经元如何协同工作,做出复杂的自主运动,比如抓取和吃掉猎物。
半球美螅水母是研究这种行为的完美模型。因为这种特殊种类的水母非常小(直径只有大约一厘米),它的整个神经系统可以很容易地安装在显微镜下。
它的基因组也很简单,它透明的身体只有大约1万个神经元,这使得跟踪神经信息更容易。
当研究人员对半球水母进行基因改造,使其神经元在被激活时发光,他们由此发现了一种“意想不到的结构化神经组织”。
水母的神经系统是在5亿年前发展起来的,此后几乎没有什么变化。与今天动物的大脑相比,这些“活化石”中的神经元的排列方式要简单得多。
没有大脑中枢来协调所有的生物运动,那么它是如何完成任务的呢?
新的研究表明,半球水母的神经元呈伞状分布,与它的身体紧密相连。这些神经元被进一步分割成薄片,就像一个馅饼。
水母伞部边缘上的每一根触须都与这些薄片相连。因此,当水母的触角发现并捕获猎物(比如盐水虾)时,这片区域的神经元会以特定的顺序被激活。
首先,位于“饼”边缘的神经元将信息发送给位于中间的神经元,那是水母的嘴所在的位置。
这使得“饼”的边缘带着触手向内转向嘴巴。与此同时,嘴巴反过来“指向”即将到来的食物。
在引入盐水虾后的一分钟内,研究者发现96%的水母尝试了这种“食物转移”方式,88%的水母成功了。最终几乎所有的盐水虾都被这些生物用这种进食行为吃掉了。
为了弄清楚是哪些神经元触发了这种多米诺效应,研究人员删除了馅饼切片边缘的一种叫做RFa+的神经元。这时,触手向内的折叠行为不会发生,虾从触手到嘴的转移也不会发生。
作者写道:“因为可见RFa+神经元是食物诱导和化学诱导的边缘折叠所必需的。”“相比之下,水母游泳和收缩的动作不受干扰,这表明是其他神经细胞类型控制着这些行为。”
为了观察水母控制嘴的神经元如何与控制水母伞部的神经元交流,研究人员开始通过手术切除其身体部位。
当水母的嘴被移除时,这些生物不断地试图将食物从它们的触须传递到它们根本不存在的嘴里。
而即使当水母的触须被移除时,被引入到鱼缸中的虾的化学提取物仍然会触发水母的嘴转向食物来源。
研究结果表明,水母的某些行为是通过位于伞体圆周的不同功能组织的神经元组来协调的。
例如,连接水母伞部和嘴的神经网络也可以连接到消化系统。
当研究中的水母被剥夺食物时,作者发现它们捕获猎物的速度比它们不饿时要快。
这表明了某种神经反馈让水母“知道”它需要填满消化系统,使其他特定的“进食””网络处于高度戒备状态。
作者认为,如果这种分层的观点是正确的,那么缺乏中枢大脑的生物体的协调行为可能是通过复制和修改更小的自主模块来形成功能上相互作用的超级模块。但这些互动是如何实现的仍有待进一步的研究确定。
这项研究发表在《细胞》杂志上。
(独家编译:科幻世界)
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