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科学家发现了一种读取水母思想的方法,这是惊人的

 文明世界拼图 2021-12-02
科学家发现了一种读取水母思想的方法,这是惊人的

尽管水母没有大脑,但科学家们已经找到了一种解读它们思想的方法——以一种说话的方式。

通过巧妙的基因改造,我们现在可以观察微小透明水母中的神经元如何协同工作以进行复杂的自主运动,例如抓取和吃掉猎物。

Clytia hemisphaerica是研究此类行为的完美模型。因为这种特定种类的水母非常小(直径只有大约一厘米),所以它的整个神经系统可以很容易地放在显微镜下。

它的基因组也相当简单,它透明的身体仅包含大约 10,000 个神经元,这使得跟踪神经信息变得更加容易。

当研究人员对C. hemisphaerica水母进行基因改造,使其神经元在激活时发光时,他们发现了“意想不到的结构化神经组织程度”。

水母的神经系统在 5 亿多年前发育,此后几乎没有变化。与今天动物的大脑相比,这些“活化石”中的神经元排列方式要简单得多。

没有中央系统来协调所有生物的动作,那么它是如何完成任何事情的呢?

新的研究表明C. hemisphaerica的神经元分布在一个伞状网络中,这与它的身体密切相关。然后这些神经元被进一步分成切片,几乎就像一个馅饼。

水母钟形边缘的每条触手都与这些切片之一相连。因此,当水母的手臂探测并捕捉到猎物时,比如盐水虾,这一切片中的神经元就会以特定的顺序被激活。

科学家发现了一种读取水母思想的方法,这是惊人的

上图:Clytia hemisphaerica,从上面看,触手均匀分布在其外边缘。

首先,饼片边缘的神经元向中间的神经元发送信息,水母的嘴就在那里。

这会导致馅饼片的边缘向内转向嘴巴,同时将触手带到嘴边。与此同时,嘴巴反过来“指向”进入的食物。下面的视频显示了实际的行为。

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上图:一只水母折叠身体的右侧,将一只丰年虾送到嘴里。

在被引入盐水虾后的一分钟内,作者发现 96% 的水母尝试了这种“食物转移”,88% 的水母成功了。几乎所有的盐水虾最终都被使用这种进食行为的生物吃掉了。

为了弄清楚哪些神经元专门触发了这种多米诺骨牌效应,研究人员删除了饼片边缘的一种称为 RFa+ 神经元的神经元。当他们这样做时,没有发生水母钟的不对称向内折叠,也没有发生虾从触手转移到嘴巴的情况。

“因此,”作者写道,“食物诱导和化学诱导的边缘折叠都需要 RFa+ 神经元。相比之下,游泳和揉皱不受干扰,这表明其他神经细胞类型控制着这些行为。”

为了了解控制嘴巴的神经元如何与控制水母钟的神经元进行交流,反之亦然,研究人员开始通过手术切除某些身体部位。

当从方程中去除水母的嘴时,这些生物一直试图将食物从它们的触手传递到它们不存在的嘴里。

即使去除了水母的触角,引入水箱的虾的化学提取物仍然会触发嘴转向食物来源。

研究结果表明,某些水母的行为是通过不同组的功能性组织神经元协调的,这些神经元位于雨伞的周围。

例如,将水母钟连接到嘴巴的神经元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,作者发现它们比不那么饥饿时更快地捕获猎物。

这表明某种神经反馈,它让水母“知道”它需要填满它的消化系统,从而使其他特定的“进食”网络处于高度戒备状态。

“如果这种分层观点是正确的,那么缺乏中央大脑的生物体的协调行为可能是通过复制和修改较小的自主模块以形成功能上相互作用的超级模块而出现的,”作者建议道。

“如何实现这些相互作用仍有待确定。”

该研究发表在《细胞》杂志上

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