这种生物没有脑子也能学习

图片来源：pixabay

撰文 | Meghan Bartels

翻译 | 时小舟

编辑 | 黄雨佳

一只小小的水母，没有脑子，却惊人地拥有学习的能力。这是一件表面上看来根本不可能发生的事情。

9月22日，一篇发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上的文章表明，加勒比箱水母（Tripedalia cystophora）能够从经验中学习，即使它的体内同一时间只有1000个活跃的神经元，而且也没有中枢大脑。几位未参与这项研究的科学家表示，这个结果并不令人意外，但它提醒人们，需要对学习的过程进行更全面的思考。

“如果你是一只动物，需要在世界里到处遨游，那你必须去学习线索和相应的结果。否则，你将无法存活，也没法繁殖后代了，”美国普渡大学的一位神经科学家克里斯蒂·萨莉（Christie Sahley，并未参与这项研究）说道。“这只是一个很基本的过程，不需要更高级别的大脑。”

加勒比箱水母（图片来源：Jan Bielecki, Alexander K. Zaharoff, Nicole Y. Leung, Anders Garm, Todd H. Oakley (edited by Ruthven (talk)), CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons）

科学家把学习分为两种。一种是非联合型学习（nonassociative learning），其中包括习惯化（habituation）：如果你轻戳一只动物很多次，最终它会不再躲避。另一种是联合型学习（associative learning），这种更加复杂，因为动物需要将环境中的各种线索联系起来；最经典的例子就是“巴甫洛夫的狗”——如果在狗狗听到铃声之后给它们喂食，并反复多次后，当铃声单独出现的时候，它们就会流口水。

然而，澳大利亚麦考瑞大学的动物行为学家肯·陈（Ken Cheng）表示，很少有实验证明过在水母等低级动物中存在联想学习。肯·陈虽然没有参与这项新的研究，但他在同一期《当代生物学》杂志上写了一篇针对这项研究的评论文章。2021年，肯·陈还发表过一篇综述，讲的是刺胞动物（水母、珊瑚、海葵等）的学习，发现只有寥寥无几的研究是关于联想学习的，就算有，也都是针对海葵的。

德国基尔大学的一位神经生物学家简·比尔尼奇（Jan Bielecki，这项新研究的共同作者之一）认为，部分原因是科学家把对于人类的假设和优先级都应用到了他们设计的动物实验里，而这样是错误的。

“你不能根据鱼爬树的能力来评判它，”比尔尼奇说道。“你所使用的参数必须是对动物有效的，要在它们所处的环境中来研究。”

巴甫洛夫的实验室（图片来源：CC BY 4.0, via Wikimedia Commons）

比尔尼奇和他的同事开始探索小水母的联想学习行为。这些小水母具有4个名为感觉棍（rhopalia）的眼组织，每一个都包括6只眼睛和大约1000个神经元，它们会轮流担任水母的非中枢神经系统。随后，基于水母保护伞盘（触手伸出的主要结构）的天性，这个小组设计了实验。在箱水母居住的有些浑浊的水里，它们需要靠视觉才能在树根周围航行。

科学家将这些水母放到不同水缸里，水缸壁被涂成3种样式：高对比度的黑白竖条纹（对应于近处的树根），中等对比度的灰白竖条纹（模拟的是远处的树根造成的视觉效应），和没有对比度的纯灰色。水母轻松识别并避开了黑白条纹——颜色的对比足够鲜明，它们压根不会撞到水缸壁上。然而，由于没有撞上水缸的经历，它们也就没法学会躲避水缸壁。纯灰色壁的水缸里的水母也没有学会，它们一直在往水缸壁上撞。

比尔尼奇和这项研究的共同作者们发现，只有灰白条纹水缸里的水母学会了将花纹装饰与碰撞的风险联系到了一起。在最开始长达7.5分钟的试验期内，它们撞到了水缸壁上，而在试验结束时，它们已经成功远离了水缸壁。

神奇的是，这些水母只经过了3到5次撞击就成功地把条纹和水缸壁关联了起来。“它们学习的速度惊人的快，”比尔尼奇说道。

加勒比箱水母学会避障（图片来源：原论文）

加拿大不列颠哥伦比亚大学的行为神经学家凯瑟琳·兰金（Catharine Rankin，并未参与这项研究）表示，虽然这是一个很巧妙的实验，但她仍希望能有更多其他的测试，让人们更好地了解水母具体在做什么，以及它们的这种学习能力到底有多先进。

“让我看看它们会不会灭绝。让我看看，如果你一遍又一遍地提供同样的视觉线索，而这些动物却没撞到任何东西——它们会停止躲避行为吗？”兰金这样说道。萨莉曾研究过许多其他更低级物种的学习过程，她也表示想测试水母对灰色条纹和撞击风险之间联系的记忆能持续多久。

尽管如此，科学家认为这项新研究为不同动物的学习原理提供了非常有价值的信息。相比于人类和小鼠，水母等低级动物更适于揭示神经元的基本工作过程。因为人类和小鼠的大脑中有几百倍甚至几千倍数量的神经元，它们之间的相互作用是很难弄清楚的。

“并不需要像海马或大脑皮层这样的结构就能学习，”肯·陈说。“这些动物就没有这些结构，因此我们更应该把目光投向更简单、甚至是单细胞的动物。”

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/these-adorable-jellyfish-show-learning-doesnt-even-require-a-brain/

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