Las medusas están más avanzadas de lo que la gente piensa. Un nuevo estudio de la Universidad de Copenhague muestra que a pesar de tener sólo mil células nerviosas y ningún cerebro central, la capacidad de aprendizaje de la medusa caja del Caribe es mucho más compleja de lo que se imaginaba. Este descubrimiento cambia nuestra comprensión fundamental del cerebro y puede iluminarnos sobre nuestros propios cerebros misteriosos.
Después de más de 500 millones de años en la Tierra, no hay duda del gran éxito evolutivo de las medusas. A pesar de esto, siempre los hemos pensado como criaturas simples con capacidades de aprendizaje muy limitadas.
Generalmente se cree que cuanto más desarrollado esté el sistema nervioso de un animal, mayor será su capacidad de aprendizaje. Se cree que las medusas y sus parientes (conocidos colectivamente como cnidarios) son los primeros animales vivos en tener sistemas nerviosos, que son bastante simples y carecen de un cerebro central.
Durante más de una década, el neurobiólogo Anders Garm ha estado estudiando las medusas de caja, un grupo de medusas conocidas por ser algunas de las criaturas más venenosas del mundo. Pero estas medusas mortales son interesantes por otra razón: resulta que no son tan simples como se pensaba. Esto revoluciona nuestra comprensión de los sistemas nerviosos simples.
"Alguna vez se pensó que las medusas sólo podían llevar a cabo el aprendizaje más simple, incluido el aprendizaje de habituación: la capacidad de acostumbrarse a un determinado estímulo, como un sonido continuo o un toque continuo. Ahora, hemos descubierto que las capacidades de aprendizaje de las medusas son mucho más refinadas y pueden aprender de sus errores". dijo Anders Garm, profesor asociado del Departamento de Biología de la Universidad de Copenhague.
Una de las propiedades más avanzadas del sistema nervioso es su capacidad para cambiar el comportamiento basándose en la experiencia: la memoria y el aprendizaje. Un equipo de investigación dirigido por Jan Bielecki y Anders Garm de la Universidad de Kiel se propuso probar esta capacidad en medusas de caja. Los hallazgos acaban de publicarse en la revista Current Biology.
La medusa caja es una de las medusas más venenosas del mundo. Usan su veneno para pescar peces y camarones grandes. La medusa de caja (Tripedaliacystophora) tiene un veneno suave y se alimenta de pequeños copépodos.
Las medusas de caja no tienen un cerebro centralizado como la mayoría de los animales. En cambio, tienen cuatro estructuras similares a cerebros paralelas con alrededor de mil células nerviosas en cada una. El cerebro humano tiene aproximadamente 100 mil millones de células nerviosas.
La medusa caja tiene veinticuatro ojos repartidos en cuatro estructuras parecidas a un cerebro. Algunos de estos ojos pueden formar imágenes, lo que proporciona a las medusas de caja una visión más sofisticada que otros tipos de medusas.
Para encontrar su camino a través de los sombríos manglares, Tripedaliacystophora usa sus cuatro ojos para mirar a través del agua y utiliza el dosel de los manglares para navegar.
Tripedaliacystophora es una de las especies de medusas de caja más pequeñas, con un diámetro corporal de sólo aproximadamente un centímetro. Vive en el Caribe y el Indo-Pacífico central.
A diferencia de muchas especies de medusas, el macho de Tripedaliacystophora utiliza sus tentáculos para capturar a la hembra durante el apareamiento. Los huevos de la hembra luego son fertilizados en su sistema intestinal, donde se desarrollan hasta convertirse en larvas.
Los científicos estudiaron la medusa caja del Caribe (Tripedaliacystophora), una medusa del tamaño de una uña que vive en los manglares del Caribe. Aquí utilizan su poderoso sistema visual, que incluye 24 ojos, para cazar pequeños copépodos en las raíces de los manglares. Si bien las redes de raíces de árboles son un excelente lugar para cazar, también pueden ser un lugar peligroso para los moluscos medusas.
Entonces, cuando las medusas de caja se acercan a las raíces de un bosque de manglares, se dan vuelta y se alejan nadando. Si giran demasiado rápido, no tienen tiempo suficiente para atrapar al copépodo. Pero si giran demasiado tarde, corren el riesgo de ser golpeados y dañar su gelatina. Por lo tanto, evaluar la distancia es crucial para ellos. Los investigadores descubrieron que el contraste es clave:
"Nuestros experimentos muestran que las medusas utilizan el contraste, la profundidad de sus raíces en relación con la superficie del agua, para evaluar la distancia a las raíces, lo que les permite alejarse nadando en el momento adecuado. Lo que es aún más interesante es que la relación entre la distancia y el contraste cambia cada día debido a la acción de la lluvia, las algas y las olas", continúa Anders-Gam: "Podemos ver que cada día comienza una nueva cacería, las medusas de caja aprenden el contraste actual combinando impresiones visuales con las sensaciones de movimientos de evitación fallidos. Entonces, aunque tienen poco más de mil células nerviosas (nuestro cerebro tiene alrededor de cien mil millones de células nerviosas), pueden conectar la convergencia temporal de varias impresiones y aprender las conexiones; lo que llamamos aprendizaje asociativo, de hecho, aproximadamente al mismo ritmo que animales avanzados como moscas de la fruta y ratones".
Los nuevos resultados de la investigación rompen la comprensión científica previa sobre los animales con sistemas nerviosos simples:
"Esta es una gran noticia para la neurociencia básica. Proporciona una nueva perspectiva sobre lo que pueden hacer los sistemas nerviosos simples", afirmó Anders-Gam. "Esto sugiere que el aprendizaje avanzado puede haber sido una de las ventajas evolutivas más importantes de los sistemas nerviosos desde el principio".
Las medusas de caja del Caribe viven y se alimentan bajo el agua en las raíces de los manglares. Fuente de la imagen: Anders Gramm
Los investigadores replicaron las condiciones de los manglares en el laboratorio, colocando medusas de caja en un escenario de comportamiento. Aquí, los investigadores manipularon el comportamiento de las medusas variando condiciones contrastantes para ver qué efecto tenía esto en su comportamiento.
Aprendieron que las medusas aprenden mediante escapes fallidos. Es decir, aprenden malinterpretando el contraste y chocando con las raíces de los árboles. Aquí aprenden cuándo girar combinando la impresión visual de golpear la raíz de un árbol con el impacto mecánico.
"Nuestros experimentos de comportamiento demuestran que de tres a cinco maniobras evasivas fallidas son suficientes para cambiar el comportamiento de las medusas de modo que ya no golpeen las raíces de los árboles. Curiosamente, esta es aproximadamente la misma tasa de repetición necesaria para el aprendizaje en moscas de la fruta o ratones", dice Anders-Gam.
Los experimentos de electrofisiología y condicionamiento clásico validaron aún más este método de aprendizaje y también mostraron dónde ocurre el aprendizaje en el sistema nervioso de las medusas.
Los científicos también demostraron dónde se produce el aprendizaje en las medusas caja. Esto les brinda ahora una oportunidad única de estudiar los cambios precisos que ocurren en las células nerviosas cuando participan en el aprendizaje avanzado.
"Esperamos que se convierta en un sistema supermodelo para estudiar los procesos celulares de aprendizaje avanzado en varios animales. Ahora estamos tratando de determinar exactamente qué células participan en el aprendizaje y la formación de la memoria", dijo Anders-Gam. "De esta manera podemos profundizar en qué cambios estructurales y fisiológicos se producen en las células durante el proceso de aprendizaje".
Si el equipo de investigación puede identificar el mecanismo exacto por el cual las medusas participan en el aprendizaje, el siguiente paso será descubrir si este mecanismo es específico de las medusas o si se encuentra en todos los animales.
"En última instancia, buscaremos el mismo mecanismo en otros animales para ver si así es como funciona la memoria en general", dijeron los investigadores.
Anders-Gam cree que este conocimiento innovador podría usarse para una variedad de propósitos: "Comprender algo tan misterioso y extremadamente complejo como el cerebro es en sí mismo algo muy notable. Pero también tiene muchas posibilidades útiles inimaginables. Un problema importante para el futuro serán sin duda las diversas formas de demencia. No pretendo que hayamos encontrado una cura para la demencia, pero si podemos comprender mejor qué es la memoria, que es un problema central en la demencia, podremos sentar las bases. para comprender mejor la enfermedad y tal vez combatirla".
La investigación se publicará hoy (22 de septiembre) en la revista científica Current Biology.