Hogyan fordulnak elő a holdmedúza

A kutatók matematikai modell segítségével mutatják be, hogyan irányítják az idegsejtek az úszást

Átlátszó harangjaikkal a holdmedúza (Aurelia aurita) nagyon hatékony módon mozog az óceánok körül. A Bonni Egyetem tudósai most matematikai modellt használtak annak megvizsgálására, hogy ezek a cnidariánusok miként képesek neurális hálózataikat használni mozgásuk irányítására akkor is, ha sérültek. Az eredmények hozzájárulhatnak a víz alatti robotok optimalizálásához is. A tanulmány már online megjelent az eLife folyóiratban; hamarosan megjelenik a végleges változat.

A hold medúza (Aurelia aurita) szinte az összes óceánban gyakori. A cnidariánusok három-30 centiméteres áttetsző harangjaikkal mozognak az óceánokban. "Ezeknek a medúzainak gyűrű alakú izmaik vannak, amelyek összehúzódnak, és ezáltal kiszorítják a vizet a csengőből" - magyarázza Fabian Pallasdies vezető szerző, a Bonni Egyetem Genetikai Intézetének Neural Network Dynamics and Computation kutatócsoportjától.

A holdmedúza különösen hatékony, ha megkerülik: csavarjuk szélén örvényeket hoznak létre, amelyek növelik a meghajtást. Pallasdies: "Ezenkívül csak a harang összehúzódásához van szükség izomerőre; a tágulás automatikusan történik, mert a szövet rugalmas és visszatér eredeti alakjához."

Medúza az idegrendszer eredetének kutatásához

A kutatócsoport tudósai most kidolgozták a holdmedúza ideghálózatának matematikai modelljét, és ezt használták annak megvizsgálására, hogy ezek a hálózatok hogyan szabályozzák az állatok mozgását. "A medúza a legrégebbi és legegyszerűbb organizmusok közé tartozik, amelyek a vízben mozognak" - mondja a kutatócsoport vezetője, Dr. Raoul-Martin Memmesheimer professzor. Ezek és más korai élőlények alapján most megvizsgálják az idegrendszer eredetét.

Különösen a múlt század 50-80-as éveiben terjedelmes kísérleti neurofiziológiai adatok születtek a medúzákról, amelyek matematikai modelljük alapját szolgáltatták a bonni egyetem kutatóinak. Több lépésben figyelembe vették az egyes idegsejteket, idegsejt-hálózatokat, az egész állatot és a környező vizet. "A modell felhasználható arra a kérdésre, hogy az egyes idegsejtek gerjesztése hogyan eredményezi a hold medúza mozgását" - mondja Pallasdies.

A medúza könnyű ingerekkel és egyensúlyi szervekkel érzékeli helyzetét. Ha egy hold medúza megfordul az óceán áramlata által, az állat ezt kompenzálja, és például tovább mozog a víz felszínére. Modelljükkel a kutatók meg tudták erősíteni azt a feltételezést, hogy a medúza egy ideghálózatot használ egyenesen történő úszáshoz, kettőt pedig forgási mozgásokhoz.

A gerjesztés hullám alakú terjedése

Az idegsejtek aktivitása hullámszerű mintázatban terjed a medúza harangjában. A 19. századi kísérletek már azt mutatják, hogy a mozgás akkor is működik, ha a harang nagy része megsérül. A Bonni Egyetem tudósai most szimulációikkal képesek megmagyarázni ezt a jelenséget: "A medúza bármikor felveheti és továbbíthatja a jeleket a harangjukon" - mondja Pallasdies. Amikor az egyik idegsejt tüzel, a többiek is tüzelnek, még akkor is, ha a harang részei sérültek.

A gerinc gerjesztésének hullámszerű terjedése azonban a medúza harangjában megszakadhat, ha az idegsejtek véletlenszerűen lőnek. Amint azt a kutatók modelljük alapján felfedezték, ezt a kockázatot megakadályozza az, hogy az idegsejtek nem tudnak ilyen gyorsan újra aktívak lenni.

A tudósok remélik, hogy további kutatások fényt derítenek az ideghálózatok korai fejlődésére. Jelenleg olyan víz alatti robotokat is fejlesztenek, amelyek a medúza úszási elve alapján mozognak. Pallasdies: "Talán tanulmányunk is hozzájárulhat ezen robotok autonóm irányításának javításához."