דמיינו לרגע שמישהו אומר לכם שיצור ללא מח, ללא מערכת עצבים מרכזית, בעל רק אלף תאי עצב בסך הכול - יכול ללמוד מניסיון, לזכור אירועים ולשנות את התנהגותו בהתאם. נשמע כמו מדע בדיוני? ובכן, זו המציאות המדהימה שחשפו חוקרים בספטמבר 2023, כאשר הוכיחו שמדוזת הקופסה הקריבית (Tripedalia cystophora) מסוגלת ללמידה אסוציאטיבית - יכולת שעד כה יוחסה רק לבעלי חיים עם מוחות מפותחים.

הגילוי הזה לא רק מערער את כל מה שחשבנו שאנחנו יודעים על למידה וזיכרון, אלא פותח צוהר להבנה חדשה לגמרי של התפתחות התודעה והאינטליגנציה בטבע. המחקר מאתגר את התפיסה הקודמת שלמידה מתקדמת דורשת מוח מרכזי ושופך אור על השורשים האבולוציוניים של למידה וזיכרון. 

הניסוי שהפתיע את העולם המדעי

מדוזת הקופסה הקריבית, שהיא מדוזה בגודל ציפורן שחיה בביצות המנגרובים הקריביים ומשתמשת במערכת ראייה מרשימה, עם לא פחות מ-24 עיניים, כדי לצוד קופיפודים זעירים בין שורשי המנגרובים. אבל בדיוק כאן טמונה הבעיה: השורשים מהווים סכנה אמיתית לגוף הרך והעדין של המדוזה.

ד"ר יאן בילקי מאוניברסיטת קיל בגרמניה ופרופסור אנדרס גארם מאוניברסיטת קופנהגן הובילו ניסוי מתוחכם במיוחד. הם יצרו מכלי מים עם דפוסי פסים שונים על הדפנות: חלקם היו עם פסים בהירים בשחור-לבן המדמים שורשי מנגרובים במים צלולים, חלקם עם פסים אפורים-לבנים עמומים, המדמים שורשים במים עכורים, וחלקם היו בעלי דפנות אפורות חלקות ללא סימנים כלל. 

• מתכננים ללכת לים? כדאי שתסתכלו על התמונות האלה... (לצד העדכון מצד המכון לחקר הימים)
• המלצת המערכת: כל הכותרות 24/7

התוצאות היו מדהימות. בתחילה, המדוזות שחו קרוב לפסים העמומים והתנגשו בהם בתדירות גבוהה. אך בסוף הניסוי, המדוזה הגדילה את המרחק הממוצע שלה מהקיר בכ-50%, הכפילה פי ארבע את מספר התמרונים המוצלחים להימנעות מהתנגשות וצמצמה את המגע עם הקיר בחצי.

אבל החוקרים לא הסתפקו בכך. בניסוי נוסף ומרתק, הם בודדו את הרופליה (rhopalia), מבנה דמוי אצבע שמכיל את העיניים ואת אלף תאי העצב של המדוזה. החוקרים ביקשו ללמוד אודות התהליך הבסיסי של למידה אסוציאטיבית במדוזות על ידי בידוד המרכזים החושיים הוויזואליים. כשהוצגו בפני אותם מרכזי חישה תמונה של פס אפור נע (המדמה שורש מנגרובים מתקרב) יחד עם זרם חשמלי חלש, הרופאליה המבודדים למדו להגיב לגירוי הוויזואלי בלבד, וסיפקו הוכחה שהלמידה מתרחשת ברמת התא העצבי עצמו.

רשת נוירונים

כדי להבין את עומק הגילוי, חשוב להבין מה בדיוק יש למדוזות במקום מוח. רוב החיות כוללות מרכז עצבי כלשהו, המכונה מוח, אם כי לרבות יש רק גרסאות פשוטות הנקראות גנגליונים - ריכוזי עצבים השולטים בעצבים אחרים סביבם. למדוזות אין מרכז כזה; למעשה, יש להן שתי מערכות עצבים היקפיות: הגדולה מביניהן שולטת בשחייה והקטנה שולטת בכל ההתנהגויות האחרות, כולל אכילה ותגובות רפלקסיביות. הרשת הזו איכשהו מאפשרת למדוזה להבין היכן נמצאים חלקי הגוף השונים שלה ולפעול בהתאם, למשל, להשתמש בזרוע בודדת כדי להעביר טרף לפיה.

• סקנדל ב-MIT: המחקר המצוטט על AI התגלה כפייק
• בשורה רפואית - תרופת הכולסטרול של מרק עם תוצאות מרשימות; המניה זינקה
• תוכן שיווקי שוק הסקנדרי בישראל: הציבור יכול כעת להשקיע ב-SpaceX של אילון מאסק
• סקנדל ב-MIT: המחקר המצוטט על AI התגלה כפייק

במדוזת הקופסה הקריבית, המערכת מעט מורכבת יותר. ולמרות שהיצורים הללו מבצעים מהלכים הדורשים מערכת עצבים מתקדמת יותר, אין להם מוח מרכזי. המדוזות הן  בעלות מערכת עצבים פשוטה לכאורה, וארבעת גופי החישה שלהם, (הרופאליה), משמשים כמעין "מיני-מוחות" מקומיים, כשכל אחד מעבד מידע ויזואלי ומתאם תגובות.

למידה בחסרי מח אחרים

הגילוי על מדוזת הקופסה אינו עומד בפני עצמו. מחקרים אחרים מראים שיצורים נוספים ללא מוח מרכזי מסוגלים ללמידה מורכבת. פרופסור סיימון שפרכר מאוניברסיטת פרייבורג הוכיח בהצלחה ששושנת הים הכוכבנית (Nematostella vectensis) ניחנת בסוג של זיכרון פשוט והיא מסוגלת ללמוד באמצעות אסוציאציה. בניסויי התניה קלאסית, שושנות שקיבלו גירוי אור וחשמל בו-זמנית למדו לכווץ את גופן מיד עם הופעת האור, התניה פבלוביאנית קלאסית.

מחקרים מצאו שהידרות, מדוזות ושושנות ים מסוגלות לסוגים בסיסיים של למידה, כמו להתרגל לגירוי שחוזר על עצמו או להפוך לרגישות יותר אליו. כ־50% ממיני המדוזות יכולות להאיר את עצמן, והן משתמשות בזוהר הזה כחלק ממנגנוני הגנה חכמים שמבוססים על ניסיון והסתגלות. המקרה של מדוזת האורליה (Aurelia aurita) הוא מעניין במיוחד, היות  והיא השחיינית היעילה ביותר מבחינה אנרגטית מבין כל בעלי החיים. מדוזת האורליה משתמשת במנגנון הנקרא "לכידת אנרגיה פסיבית" - תהליך מורכב הדורש תיאום מדויק שנלמד ומשתפר עם הניסיון.

מה זה אומר על האבולוציה של התודעה?

הממצאים החדשים מעוררים שאלות בסיסיות על איך למידה ותודעה בכלל התחילו להתפתח אצל בעלי חיים. הקנידרים (קבוצת בעלי החיים שאליה שייכות המדוזות ושושנות הים) הם “קבוצת אחות” לכל שאר בעלי החיים המורכבים יותר (כולל יונקים), כלומר שתי הקבוצות התפצלו מאותו אב קדמון עתיק. אם כך, ייתכן שתהליכי למידה מתקדמים, כמו למידה דרך ניסוי וטעייה, אינם המצאה של בעלי מוח מורכב, אלא יכולת עתיקה הרבה יותר שנוצרה עוד לפני הפיצול הזה.

האב הקדמון הראשון של בעלי החיים עם מוח התפתח לפני כ־560 מיליון שנה, בעוד שמערכות עצבים פשוטות הופיעו 100 עד 150 מיליון שנה לפני כן. אם יצורים כמו מדוזות ושושנות ים מסוגלים ללמוד ולהסתגל, ייתכן שהיכולת הזו הופיעה הרבה מוקדם ממה ששיערנו, והיא חלק בסיסי ומתמשך מההתפתחות של מערכות עצבים בכלל.

ד"ר בילקי מציע פרספקטיבה מרתקת: "מדוזת הקופסה מציגה למידה אסוציאטיבית עם מערכת עצבים דלילה מאוד. אפילו קבוצה פרימיטיבית ומבוזרת של נוירונים יכולה לטפח למידה, מה שמרמז שלמידה הייתה חלק אינטגרלי של נוירונים מתחילת האבולוציה של מערכת העצבים".

יישומים טכנולוגיים ורפואיים

הממצאים פותחים דלתות חדשות במחקר ובטכנולוגיה, והמחקר הזה מוביל למחקרים נוספים להבנת התהליכים תאיים בלמידה מתקדמת של כל מיני בעלי חיים. החוקרים כעת מנסים לאתר בדיוק אילו תאים מעורבים בלמידה ויצירת זיכרון.

במקביל, ההבנה החדשה של למידה במערכות פשוטות יכולה להשפיע על פיתוח רשתות עצביות מלאכותיות ורובוטיקה. אם אלף תאי עצב מספיקים ללמידה אסוציאטיבית, אולי נוכל לבנות מערכות AI יעילות יותר המבוססות על עקרונות דומים.

גם הפוטנציאל הרפואי מצית את הדמיון. ב-1961, שני חוקרים בודדו את החלבון אקוורין מכמויות גדולות של מדוזות אקוריאה, וגילו כדי להפעיל תכונות ביו-לומינסצנטיות (כשהגוף מאיר), נדרשים יוני סידן. המחקר הזה הוביל למחקר על חלבון פלואורסצנטי ירוק שזיכה את שאחד החוקרים, שימומורה, בפרס נובל לכימיה ב-2008 והפך לכלי מחקר ביולוגי חיוני.

חמש עובדות מדהימות על מדוזות שכנראה לא ידעתם

המדוזה הבלתי-מתה (Turritopsis dohrnii) כוללת את היכולת המדהימה לאתחל מחדש את מחזור החיים שלה כשהיא נתקלת במתח או נזק, תהליך שנקרא transdifferentiation, מה שאומר שהיא יכולה לחיות (תיאורטית) לנצח. כשהיא מרגישה מאוימת, היא חוזרת לשלב הפוליפ הצעיר שלה ומתחילה את החיים מחדש - כמו לחזור לילדות בכל פעם שהחיים נהיים קשים מדי.

מדוזת הענק ומדוזות גמדיות - מדוזת רעמת האריה (Cyanea capillata) היא המין הגדול ביותר של מדוזות הידוע לנו. היא בקוטר של כשני מטרים ונמצאת בדרך כלל במים הממוזגים של האוקיינוס הארקטי, צפון האטלנטי וצפון האוקיינוס השקט. הפרט הגדול ביותר שתועד נמצא ב-1870 במפרץ מסצ'וסטס, עם פעמון בקוטר 2.3 מטר וזרועות באורך 37 מטר - ארוכות יותר מלוויתן כחול! בקצה השני של הסקאלה נמצאת מדוזת האירוקנג'י, שגודלה כמטבע קטן אך היא ארסית במיוחד.

אמנות האור החי - ההערכה היא שכ-50% מהמדוזות הן ביולומינסצנטיים. הגיוון הגדול ביותר של מדוזות זוהרות מתרחש בים העמוק, שם כמעט כל סוגי המדוזות זוהרות. חלקן מייצרות הבזקים בהירים כדי להבהיל טורפים, אחרות יכולות לייצר שרשרת של אור או לשחרר אלפי חלקיקים זוהרים למים כחיקוי של פלנקטון קטן כדי לבלבל את הטורף. יש כאלה שמייצרות רפש זוהר שיכול להידבק לטורף פוטנציאלי ולהפוך אותו לפגיע לטורפים שלו.

שינה ללא מוח - מחקר משנת 2017 הראה שסוג אחד של מדוזה (Cassiopea, או המדוזה ההפוכה) נכנסת למצב דמוי שינה בלילה וכשמונעים ממנה שינה, היא הופכת לאיטית במיוחד. המדוזות הללו אפילו סובלות מחוסר ריכוז למחרת אם מפריעים להן בשינה - בדיוק כמונו.

חקלאים תת-ימיים - על אותן מדוזות החכמות יש אצות שחיות על החלק התחתון שלהן. כדי שאותן אצות יצמחו, הן מתהפכות במים טרופיים רדודים, כדי שהאצות שלהן יוכלו לעשות פוטוסינתזה. תוצרי הלוואי של הפוטוסינתזה מספקים את רוב צרכי המזון של הקסיופיאה. זו בעצם חקלאות סימביוטית תת-ימית - המדוזה מספקת בית ומינרלים לאצות, והאצות מייצרות מזון בתמורה.

מבט לעתיד: מה הלאה?

המחקר על מדוזת הקופסה הקריבית הוא רק ההתחלה. "להבין משהו חידתי ומורכב להפליא כמו המוח הוא כשלעצמו דבר מדהים לחלוטין", אומר פרופסור גארם. המחקר הבא יתמקד בזיהוי המנגנונים הספציפיים ברמה התאית והמולקולרית.

השאלות הפתוחות רבות: האם כל ארבעת מנגנוני החישה (הרופאליה) לומדים באופן עצמאי? מה קורה לזיכרון כשהמדוזה מאבדת אחד מהם? האם המנגנונים דומים בכל קבוצת הקנדרים? והחשוב מכל - האם למידה היא תכונה בסיסית של כל תא עצב, או שמדובר בתכונה שהתפתחה באופן עצמאי מספר פעמים?

התשובות לשאלות אלה עשויות לשנות לא רק את הבנתנו את האבולוציה של התודעה, אלא גם להוביל לפריצות דרך בטכנולוגיה, רפואה ובינה מלאכותית. אם מדוזה פשוטה יכולה ללמוד מניסיון עם אלף תאי עצב בלבד, מי יודע מה נגלה כשנבין לעומק איך היא עושה זאת?

המדוזות, שחיות על כדור הארץ כבר למעלה מ-500 מיליון שנה, ממשיכות להפתיע אותנו. הן שרדו חמישה אירועי הכחדה המונית, התאימו עצמן לכל סביבה ימית אפשרית, ועכשיו הן מלמדות אותנו שלמידה ואינטליגנציה אינן פריבילגיה בלעדית של בעלי מוחות מפותחים.

בעולם שבו אנחנו מנסים להבין את מהות התודעה והאינטליגנציה, המדוזות השקופות והפשוטות לכאורה מזכירות לנו שהטבע תמיד מסובך ומפתיע יותר ממה שאנחנו מדמיינים. ואולי, רק אולי, הן מחזיקות במפתח להבנת אחת החידות הגדולות ביותר של החיים - איך מרקמת תאים פשוטה הפכנו ליצור שיכול ללמוד, לזכור ולהשתנות.