Kdyby jim chyběl jen mozek! Medúzy působí, že na ně evoluce zapomněla. Nedostaly od přírody ani pořádný nervový systém, o chybějícím srdci nebo žaludku nemluvě. Jejich průhledná těla skutečně neskrývají žádný fígl přírody. Přesto jsou medúzy překvapivě schopny učit se ze svých omylů.

Co vlastně takový živočich na samém počátku vývoje nervové soustavy dokáže vnímat? A jak si poradí s nástrahami, na které nevyhnutelně narazí? Přesně to se rozhodli vyzkoušet ve společném experimentu vědci z univerzit v německém Kielu a dánské Kodani.

Pro pokus, jak půjde medúzám učení, si vybrali čtyřhranku trojitou (Tripedalia cystophora). Pokud vám její jméno něco připomíná, pak se nepletete, její příbuzná čtyřhranka Fleckerova pravidelně figuruje v žebříčku nejjedovatějších živočichů na planetě.

Ty dvě mají ale společné jen jméno, čtyřhranka trojitá je neškodná a také mnohem drobnější, je sotva větší než nehet. Život tráví v kalných slaných vodách pobřežních mangrovových močálů, kam se přes nepřehlednou spleteň kořenů jen místy prodere slunce.

A právě tato světlejší místa trojhranky vyhledávají, protože se tam stahuje i jejich kořist. Jenže jak se při svém velmi primitivním nervovém systému dokážou orientovat, aby se vyhnuly kolizi s kořeny?

Bludiště bez východu

Biologové pro čtyřhranky připravili nádrže s pruhovanými stěnami, které imitovaly prostředí mangrovů. Tmavé pruhy v různé sytosti šedé představovaly kořeny pod vodou a bílé zase místa, kam se dostane sluneční světlo.

Medúzy odhadují prostor a vzdálenosti podle kontrastu, proto ho výzkumníci během pokusu měnili. V prvním experimentu medúzy rozdíl ve světelnosti „nechápaly“ a opakovaně vrážely do stěny nádrže. Tím sice dostávaly důraznou informaci, že tudy cesta nevede, jenže jim chybělo vodítko, kam tedy zamířit.

Odstín šedi byl světlý a těžko se dal rozlišit od „prosluněných“ bílých míst. A tak vědci zkusili opak a vytvořili silný kontrast mezi světlými pruhy představujícími volnou cestu a tmavými jakožto kořeny.

Ty se tím jevily velmi blízko. A skutečně, medúzy reagovaly. Ke stěnám se nechtěly přibližovat, držely se po celou dobu ve středu nádrže. V třetím pokusu biologové kontrast o něco zeslabili a medúzy se daly do pohybu.

Zpočátku opět do stěn narážely, ale po několika minutách si začaly udržovat odstup. Naučily se, že tudy se zkrátka projít nedá, ať je barva jakákoli. Nakonec „pochopily“, že zdánlivě otevřená cesta je jen klam.

„Toto je vyšší forma učení, než byste od takového tvora očekávali,“ říká vedoucí studie Jan Bielecki z Univerzity Christiana-Albrechta v Kielu. Dosud se schopnost poučit se ze svých omylů podařilo prokázat jen u složitějších organismů, jako jsou měkkýši či obratlovci.

„Pokud jsou již tito živočichové schopni se učit, může to být základní schopnost neuronů nebo neuronových sítí. To naznačuje, že schopnost učení existuje od počátku evoluce a že objevila dříve, než se předpokládalo.“ .

Co vidí medúza

Že si německo-dánský tým vybral právě čtyřhranku trojitou, nebyla úplně náhoda. Už nějakou dobu slouží jako modelový organismus pro výzkum evoluce zraku, takže se ví, že určitým způsobem vidí. A to poměrně kuriózním.

Z okraje každé ze čtyř stěn jejího zvonu visí malé útvary podobné prstíkům na stopce. V každém prstíku, zvaném rhopalium, je vždy po čtyřech jednoduchých očkách, která rozlišují světlo a stín, k tomu dvě složitější oči vybavené čočkou.

Protože čtyřhranka nemá mozek, fungují rhopalia vlastně jako autonomní orgán. Každé z nich vjemy z okolí nejen přijímá, ale také zpracovává a podle výsledku může vydat pokyn plavat tím či oním směrem. Mají k tomu i další pozoruhodnou výbavu, vlastně základy dalších smyslů.

Například k měření polohy pomáhá primitivní senzor s pohyblivými krystaly fungující na stejném principu jako naše rovnovážné centrum v uchu. Medúze pomáhá určit, kde je dole a kde nahoře. Proto se medúzy, které vědci obrátili na „záda“, automaticky vrátily do správné polohy.

V rhopaliu je také malá pigmentová skvrna, která zlepšuje vnímání světla, kromě toho reaguje na chemické podněty v prostředí.

Soustava řídicích center

S takovou výbavou je medúza schopna určovat nejen výhodný směr pohybu, ale také detekovat další změny ve svém okolí. Zní to dobře, ale jen do té chvíle, než vezmete v úvahu, že medúza nemá jen jedno složené oko.

Prstíkovitých rhopalií visí po šesti z každé z jejích čtyř stěn, což dělá dohromady 24 složených očí. Jak se při chabé nervové síti čtyřhranky dokážou mezi sebou domluvit, to je zatím záhadou. Ta láká výzkum daleko přesahující pole biologie.

Principy biologického zpracovávání informací by se totiž daly přenést do technických systémů. Že se tato myšlenka přímo nabízí, potvrzuje i Rebecca Helmová z Oceánografického institutu Woods Hole. „Medúzy jsou jako primitivní počítačové sítě s malými servery po celém okraji těla, které spolupracují.

Mají síť kooperativních nervových svazků, které spolu mluví, a několik centralizovaných nervů, ale žádný hlavní ovladač.“ Právě tím čtyřhranka zaujala vědce z mezioborového výzkumu na univerzitě v Kielu. „Její schopnost rozpoznat vzory i s tak malým počtem nervových buněk z ní dělá ideální modelový organismus,“ říká profesor Hermann Kohlstedt.

„Až dosud se k výzkumu používal počítačový software, který spotřebovává hodně energie. Ale z přírody a evoluce víme, že existuje řada energeticky efektivnějších způsobů zpracování informací.“.

Učenlivé složené oči

Jan Bielecky, který výzkum čtyřhranek vedl, se proto po úvodním výcviku v učenlivosti zaměřil na jednotlivá rhopalia. „Pokud chcete porozumět složitým strukturám, jako je nervový systém, pomůže nejprve studovat jejich co nejjednodušší části.“ Spolu s kolegy izoloval rhopalia a související neurony.

Když těmto strukturám ukázali pohybující se šedé pruhy, nezaznamenali žádnou odezvu. Jakmile ale signál pruhů spojili se slabým elektrickým impulsem, který měl napodobovat srážku s kořenem, systém zareagoval povelem plavat pryč.

Tedy podobně, jako kdyby se překážce chtěl vyhnout. Tím ale experiment neskončil, následně vědci znovu ukázali rhopaliím samotný pohybující se vzor. Ta neváhala a vydala pokyn k úhybnému manévru. Studie tak přinesla dva důležité poznatky.

Především to, že k vizuálnímu podnětu potřebují čtyřhranky další, třeba mechanický. A že rhopalia jsou skutečně víc než jen orgán zraku, učí se i rozhodují samostatně.

Jde to i bez mozku

„K učení nepotřebujete vyvinutý mozek,“ shrnuje výsledky studie Jan Bielecki. O tom, proč se u medúz nevyvinulo řídící nervové centrum nebo mozek, mohou vědci zatím jen spekulovat. Pro medúzy má ale tento hendikep i jisté výhody.

Bez mozku je snazší přežít útoky. Jak vysvětluje bioložka Rebecca Helmová, když například mořská želva ukousne medúze část zvonu, nemusí to pro ni mít fatální následky. „Bez sedmi nebo řekněme osmi rhopalií může docela dobře dál fungovat.“ Bez mozku zvládají i složitější situace při hledání partnera a páření, které vyžaduje, aby samička uchopila samce a pohltila balíček spermatu, který vyplivne.

Mnoho medúz funguje podle cirkadiánních rytmů, což znamená, že se během dne a noci chovají odlišně. Dokonce dokážou jakýmsi způsobem „spát“ a tedy regenerovat síly, což z čiré zvědavosti objevili v roce 2017 tři postgraduální studenti Kalifornského technologického institutu u medúzy Cassiopea xamachana.

Kateřina Pavelcová