Изследователите използват математически модел, за да покажат как нервните клетки контролират плуването

Със своите полупрозрачни камбани лунните медузи (Aurelia aurita) се движат по океаните по много ефективен начин. Сега учените от университета в Бон са използвали математически модел, за да изследват как тези книдарии успяват да използват своите невронни мрежи, за да контролират движението си, дори когато са ранени. Резултатите могат също да допринесат за оптимизирането на подводните роботи. Изследването вече е публикувано онлайн в списанието eLife; окончателната версия ще се появи скоро.

лунните

Лунните медузи (Aurelia aurita) са често срещани в почти всички океани. Книдариите се движат в океаните с полупрозрачните си камбани, които са с размер от три до 30 сантиметра. „Тези медузи имат пръстеновидни мускули, които се свиват, като по този начин изтласкват водата от камбаната“, обяснява водещият автор Фабиан Паладис от изследователската група за динамика и изчисления на невронната мрежа в Института по генетика в университета в Бон.

Лунните медузи са особено ефективни, когато става въпрос за придвижване: Те създават вихри на ръба на камбаната си, които увеличават задвижването. Паладий: "Освен това, само свиването на камбаната изисква мускулна сила; разширяването се случва автоматично, защото тъканта е еластична и се връща в първоначалната си форма."

Медузи за изследване на произхода на нервната система

Сега учените от изследователската група са разработили математически модел на невронните мрежи на лунните медузи и са използвали това, за да изследват как тези мрежи регулират движението на животните. „Медузите са сред най-старите и прости организми, които се движат във вода“, казва ръководителят на изследователската група проф. Д-р Раул-Мартин Меммесхаймер. Въз основа на тях и други ранни организми сега ще бъде изследван произходът на нервната система.

Особено през 50-те и 80-те години на миналия век са получени обширни експериментални неврофизиологични данни за медузи, предоставящи на изследователите от университета в Бон основа за техния математически модел. В няколко стъпки те разглеждаха отделни нервни клетки, мрежи от нервни клетки, цялото животно и околната вода. „Моделът може да се използва за отговор на въпроса как възбуждането на отделните нервни клетки води до движението на лунните медузи“, казва Паладий.

Медузите могат да възприемат своето положение със светлинни стимули и с орган за баланс. Ако лунна медуза се обърне от океанското течение, животното компенсира това и се придвижва по-нататък към водната повърхност, например. Със своя модел изследователите успяха да потвърдят предположението, че медузите използват една невронна мрежа за плуване право напред и две за ротационни движения.

Вълновообразно разпространение на възбуждането

Дейността на нервните клетки се разпространява в камбаната на медузите по вълнообразен модел. Както експериментите от 19-ти век вече показват, локомоцията работи дори когато големи части от камбаната са ранени. Учените от университета в Бон вече са в състояние да обяснят този феномен със своите симулации: „Медузите могат да хващат и предават сигнали на камбаната си във всяка точка“, казва Паладийс. Когато се задейства една нервна клетка, стрелят и останалите, дори ако частите на камбаната са нарушени.

Въпреки това вълноподобното разпространение на възбуждането в камбаната на медузата би се нарушило, ако нервните клетки изстрелят произволно. Както изследователите вече откриха въз основа на техния модел, този риск се предотвратява, тъй като нервните клетки не могат да станат активни отново толкова бързо след стрелба.

Учените се надяват, че по-нататъшните изследвания ще хвърлят светлина върху ранната еволюция на невронните мрежи. В момента се разработват и подводни роботи, които се движат въз основа на плувния принцип на медузите. Паладийс: "Може би нашето проучване може също да помогне за подобряване на автономния контрол на тези роботи."