水母比人們想像的更先進。哥本哈根大學（University of Copenhagen）的一項新研究表明，加勒比海盒水母儘管只有一千個神經細胞，也沒有中樞神經細胞，也沒有中樞神經細胞，但其學習能力卻比想像中複雜得多。這項發現改變了我們對大腦的基本認識，並可能啟發我們了解自己神秘的大腦。

哥本哈根大學的研究人員發現，加勒比海盒水母以前被認為是一種簡單的生物，儘管它們擁有基本的神經系統，但卻擁有高級學習能力。圖片來源：Jan Bielecki

在地球上生存了5 億多年之後，水母在演化上的巨大成功是毋庸置疑的。儘管如此，我們一直認為它們是學習能力非常有限的簡單生物。

一般認為，動物的神經系統越發達，學習能力就越強。水母及其近親（統稱為刺胞動物）被認為是最早出現神經系統的活體動物，它們的神經系統相當簡單，沒有中樞神經。

十多年來，神經生物學家安德斯-加姆（Anders Garm）一直在研究箱水母，這是一類以世界上最毒的生物而聞名的水母。但這些致命的水母之所以有趣，還有另一個原因：原來它們並不像人們曾經認為的那麼簡單。這動搖了我們對簡單神經系統的理解。

加勒比海盒水母。嵌在喇叭口下方的黑點是這種動物的視覺感官和學習中心，稱為”Rhopalia”。圖片來源：Jan Bielecki

「曾經有人認為，水母只能進行最簡單的學習，包括習慣性學習–即習慣於某種刺激的能力，如持續的聲音或持續的觸摸。現在，我們發現水母的學習能力要精細得多，它們能夠真正從錯誤中學習。」哥本哈根大學生物系副教授安德斯-加姆（Anders Garm）說。

神經系統最先進的特性之一就是能夠根據經驗改變行為–記憶和學習。由基爾大學的揚-比勒基（Jan Bielecki）和安德斯-加姆（Anders Garm）領導的研究小組開始在箱水母身上測試這種能力。研究結果剛發表在《當代生物學》（Current Biology）雜誌。

箱水母是世界上最毒的水母之一。它們用毒液捕捉魚類和大型蝦類。盒水母（Tripedalia cystophora）的毒液比較溫和，以小型橈足類為食。

箱水母不像大多數動物有一個集中的大腦。相反，它們有四個平行的類似大腦的結構，每個結構中大約有一千個神經細胞。人類的大腦大約有一千億個神經細胞。

箱水母有二十四隻眼睛，分佈在四個類似大腦的結構中。其中一些眼睛能形成影像，使箱形水母比其他類型的水母擁有更複雜的視覺。

為了在陰暗的紅樹林中找到方向，Tripedalia cystophora 的四隻眼睛透過水面向上看，並利用紅樹林的樹冠導航。

Tripedalia cystophora 是最小的箱水母物種之一，身體直徑僅約一公分。它生活在加勒比海和印度太平洋中部。

與許多水母物種不同的是，Tripedalia cystophora 在交配時，雄水母會用觸手捕捉雌水母。雌性的卵隨後在它們的腸道系統中受精，並在那裡發育成幼蟲。

科學家研究了加勒比海盒水母（Tripedalia cystophora），這是一種生活在加勒比海紅樹林沼澤中的指甲蓋大小的水母。在這裡，它們利用包括24 隻眼睛在內的強大視覺系統在紅樹林根部捕食微小的橈足類。雖然樹根網是狩獵的好地方，但對軟體水母來說也是個危險的地方。

因此，當小盒水母靠近紅樹林根部時，它們會轉身遊開。如果轉得太快，它們就沒有足夠的時間捕捉到橈足類。但如果轉得太晚，它們就有可能因為被撞到而損壞自己的膠狀體。因此，評估距離對它們來說至關重要。研究人員發現，對比是關鍵所在：

“我們的實驗表明，水母利用對比度，即根部相對於水面的深淺程度，來評估與根部的距離，從而使它們能夠在適當的時候遊開。更有趣的是，由於雨水、藻類和海浪的作用，距離和對比度之間的關係每天都在變化，”安德斯-加姆接著說：”我們可以看到，隨著每一天新的狩獵活動的開始，箱形水母透過結合視覺印象和躲避動作失敗時的感覺來學習當前的對比。因此，儘管它們只有一千多個神經細胞（我們的大腦大約有一千億個神經細胞），但它們可以將各種印象的時間匯聚點聯繫起來，並學習其中的聯繫–也就是我們所說的聯想學習。實際上，它們的學習速度與果蠅和小鼠等高級動物差不多。”

新的研究成果打破了過去科學界對神經系統簡單的動物的認知：

“對於基礎神經科學來說，這是一個重大新聞。它為簡單神經系統能做什麼提供了一個新的視角。”安德斯-加姆說：”這表明，高級學習可能從一開始就是神經系統最重要的演化優勢之一。”

加勒比海箱水母在水下紅樹林根部生活和覓食。圖片來源：安德斯-格拉姆

研究人員在實驗室中複製了紅樹林沼澤的條件，將箱形水母置於一個行為場中。在這裡，研究人員透過改變對比條件來操縱水母的行為，看看這對它們的行為有什麼影響。

他們了解到，水母是透過失敗的逃避來學習的。也就是說，它們透過誤解對比和撞到樹根來學習。在這裡，它們將撞到樹根時的視覺印象和機械衝擊結合起來，從而學會了何時轉向。

「我們的行為實驗證明，三到五次失敗的規避動作足以改變水母的行為，使它們不再撞到樹根。有趣的是，這與果蠅或小鼠學習所需的重複率大致相同， “安德斯-加姆說。

電生理學和古典制約實驗進一步驗證了這種學習方法，同時也顯示了學習發生在水母神經系統的哪個部位。

科學家也顯示了箱水母的學習發生在哪裡。這為他們現在研究神經細胞在參與高級學習時發生的精確變化提供了獨特的機會。

“我們希望這能成為一個超級模型系統，用於研究各種動物高級學習的細胞過程。我們現在正試圖準確地確定哪些細胞參與了學習和記憶的形成。”安德斯-加姆說：”這樣，我們就能深入研究細胞在學習過程中發生了哪些結構和生理變化。”

如果研究小組能夠確定水母參與學習的確切機制，下一步將是找出這種機制是否專門適用於水母，或者是否在所有動物中都能找到。

研究人員說：”最終，我們將在其他動物身上尋找同樣的機制，觀察這是否是一般記憶的運作方式。”

安德斯-加姆認為，這種開創性的知識可以用於多種用途：「了解像大腦這樣神秘而又極其複雜的東西本身就是一件非常了不起的事情。但它還有許多難以想像的有用的可能性。未來的一個主要問題無疑是各種形式的癡呆症。我並不聲稱我們找到了治療癡呆症的方法，但如果我們能更好地理解記憶是什麼，這是癡呆症的一個核心問題，我們也許就能為更好地理解這種疾病奠定基礎，也許就能對抗這種疾病。”

這項研究將於今天（9月22日）發表在科學期刊《當代生物學》上。