クラゲは人々が思っているよりも進化しています。コペンハーゲン大学の新しい研究は、神経細胞がわずか1,000個しかなく、中枢脳がないにもかかわらず、カリブハコクラゲの学習能力は想像よりもはるかに複雑であることを示しています。この発見は脳に対する私たちの根本的な理解を変え、私たち自身の神秘的な脳について啓発するかもしれません。
地球上で 5 億年以上が経過した現在、クラゲが進化の大きな成功を収めたことに疑いの余地はありません。それにもかかわらず、私たちは常に彼らを学習能力が非常に限られた単純な生き物だと考えてきました。
一般に、動物の神経系が発達すればするほど、学習能力が高まると考えられています。クラゲとその近縁種（刺胞動物として総称される）は、神経系を持った最初の現生動物であると考えられていますが、神経系はかなり単純で中枢脳を欠いています。
神経生物学者のアンダース・ガルム氏は、世界で最も有毒な生物の一つとして知られるハコクラゲのグループを10年以上研究してきた。しかし、これらの致死性のクラゲが興味深いのには別の理由があります。それは、クラゲがかつて考えられていたほど単純ではないことが判明したということです。これは、単純な神経系に対する私たちの理解を揺るがします。
「かつてクラゲは、習慣化学習、つまり継続的な音や継続的な接触などの特定の刺激に慣れる能力など、最も単純な学習しか実行できないと考えられていました。現在、クラゲの学習能力ははるかに洗練されており、実際に間違いから学ぶことができることがわかりました。」コペンハーゲン大学生物学部准教授のアンダース・ガルム氏は言う。
神経系の最も高度な特性の 1 つは、経験、つまり記憶と学習に基づいて行動を変える能力です。キール大学のヤン・ビエレキ氏とアンダース・ガルム氏率いる研究チームは、ハコクラゲのこの能力をテストすることに着手した。この研究結果は、ジャーナル「Current Biology」に掲載されたばかりです。
ハコクラゲは世界で最も有毒なクラゲのひとつです。彼らはその毒を使って魚や大きなエビを捕まえます。ハコクラゲ (Tripediacystophora) は弱い毒を持っており、小さなカイアシ類を食べます。
ハコクラゲは、ほとんどの動物のように集中化された脳を持っていません。代わりに、それらは 4 つの平行な脳のような構造を持ち、それぞれに約 1,000 個の神経細胞があります。人間の脳には約 1,000 億個の神経細胞があります。
ハコクラゲには 24 の目があり、4 つの脳のような構造に広がっています。これらの目の一部は画像を形成することができ、ハコクラゲに他の種類のクラゲよりも高度な視覚を与えます。
薄暗いマングローブ林の中を進む道を見つけるために、トリペダリアシストフォラは 4 つの目を使って水中を覗き、マングローブの林冠を使って移動します。
Tripedaliacystophora はハコクラゲの中で最も小さな種の 1 つで、体直径はわずか約 1 cm です。カリブ海とインド太平洋中部に生息しています。
多くのクラゲ種とは異なり、Tripedaliacystophora のオスのクラゲは、交尾中に触手を使ってメスを捕らえます。メスの卵は腸内で受精し、そこで幼虫に成長します。
研究者らは、カリブ海のマングローブ湿地に生息する爪ほどの大きさのクラゲ、カリブハコクラゲ（Tripediacystophora）を研究した。ここでは、彼らは 24 の目を含む強力な視覚システムを使用して、マングローブの根にいる小さなカイアシ類を狩ります。木の根網は狩りに最適な場所ですが、軟体動物のクラゲにとっては危険な場所でもあります。
そのため、ハコクラゲはマングローブ林の根元に近づくと向きを変えて泳いで逃げます。回転が速すぎると、カイアシ類を捕まえる時間がなくなります。しかし、向きが遅すぎると、ぶつかってゼラチンが損傷する危険があります。したがって、距離を評価することは彼らにとって非常に重要です。研究者らは、コントラストが重要であることを発見しました。
「私たちの実験は、クラゲが水面に対する根の深さであるコントラストを利用して、根までの距離を評価し、適切なタイミングで泳いで逃げられることを示しています。さらに興味深いのは、距離とコントラストの関係が、雨、藻類、波の作用により毎日変化することです」とアンダースガム氏は続けます。「毎日新しい狩りが始まると、ハコクラゲは視覚的な印象と失敗した回避動作の感覚を組み合わせることで現在のコントラストを学習することがわかります。神経細胞の数はわずか 1,000 個を超えるにもかかわらず (私たちの脳には約 1,000 億個の神経細胞があります)、さまざまな印象の時間的収束を結び付け、その関連性を学習することができます。これを私たちが連想学習と呼んでいますが、実際、ショウジョウバエやマウスなどの高度な動物とほぼ同じ速度で実行できます。」
新しい研究結果は、単純な神経系を持つ動物についてのこれまでの科学的理解を打ち破るものです。
「これは基礎神経科学にとって大きなニュースだ。単純な神経系が何ができるかについて新たな視点を提供する」とアンダースガム氏は語った。 「これは、高度な学習が最初から神経系の最も重要な進化上の利点の1つであった可能性を示唆しています。」
カリブハコクラゲは水中でマングローブの根に生息し、餌を食べます。画像出典: アンダース・グラム
研究者らは実験室でマングローブ湿地の状況を再現し、ハコクラゲを行動の場に置いた。ここで研究者らは、対照的な条件を変化させてクラゲの行動を操作し、これがクラゲの行動にどのような影響を与えるかを調べた。
彼らは、クラゲが逃亡の失敗を通じて学習することを学びました。つまり、コントラストを誤解し、木の根にぶつかることで学習します。ここでは、木の根にぶつかる視覚的な印象と機械的な衝撃を組み合わせて、いつ曲がるべきかを学習します。
「私たちの行動実験では、クラゲの行動を変化させて木の根に当たらないようにするには、3～5回の回避行動の失敗で十分であることが実証されました。興味深いことに、これはショウジョウバエやマウスの学習に必要な反復率とほぼ同じです」とアンダースガム氏は言う。
電気生理学と古典的な条件付け実験により、この学習方法がさらに検証され、クラゲの神経系のどこで学習が行われるかも示されました。
科学者らはまた、ハコクラゲのどこで学習が行われるかを示した。これにより、高度な学習に参加する際に神経細胞に起こる正確な変化を研究するまたとない機会が彼らに提供されます。
「私たちは、これがさまざまな動物の高度な学習の細胞プロセスを研究するためのスーパーモデルシステムになることを願っています。私たちは現在、どの細胞が学習と記憶の形成に関与しているかを正確に決定しようとしています」とアンダースガム氏は述べた。 「このようにして、学習プロセス中に細胞にどのような構造的および生理学的変化が起こるかを詳しく調べることができます。」
研究チームがクラゲが学習に関与する正確なメカニズムを特定できれば、次のステップは、このメカニズムがクラゲに特有のものなのか、それともすべての動物に見られるものなのかを調べることになる。
「最終的には、同じメカニズムを他の動物でも調べて、これが一般的な記憶の仕組みであるかどうかを確認する予定です」と研究者らは述べた。
アンダースガム博士は、この画期的な知識はさまざまな目的に使用できると考えています。「脳のような神秘的で極めて複雑なものを理解することは、それ自体、非常に注目に値することです。しかし、それはまた、想像を絶する多くの有用な可能性も秘めています。将来の大きな問題は、間違いなく、さまざまな形態の認知症でしょう。認知症の治療法が見つかったとは主張しませんが、認知症の中核問題である記憶とは何かをより深く理解できれば、より良い理解のための基礎を築くことができるかもしれません」病気を克服し、おそらくそれと闘うのです。」
この研究は本日（9月22日）科学誌「Current Biology」に掲載される予定だ。