Usan una red neuronal para nadar en línea recta y dos para los movimientos de rotación
Con sus translúcidas campanas, las medusas luna (Aurelia aurita) se mueven alrededor de los océanos de una manera muy eficiente. Ahora, científicos de la Universidad de Bonn han utilizado un modelo matemático para investigar cómo estos cnidarios logran usar sus redes neuronales para controlar su locomoción, incluso cuando están lesionados. Los resultados también pueden contribuir a la optimización de los robots submarinos.
Las medusas luna (Aurelia aurita) son comunes en casi todos los océanos. Los cnidarios se mueven por los océanos con sus translúcidas campanas, que miden de tres a 30 centímetros.
"Estas medusas tienen músculos en forma de anillo que se contraen y, por lo tanto, expulsan el agua de la campana", explica el autor principal Fabian Pallasdies, del grupo de investigación Neural Network Dynamics and Computation del Instituto de Genética de la Universidad de Bonn.
Las medusas luna son particularmente eficientes cuando se trata de moverse: crean vórtices en el borde de su campana, lo que aumenta la propulsión. Pallasdies: "Además, solo la contracción de la campana requiere potencia muscular; la expansión se produce automáticamente porque el tejido es elástico y vuelve a su forma original".
Medusa para investigar los orígenes del sistema nervioso
Los científicos del grupo de investigación han desarrollado un modelo matemático de las redes neuronales de las medusas luna y lo han utilizado para investigar cómo regulan estas redes el movimiento de los animales. "Las medusas se encuentran entre los organismos más antiguos y simples que se mueven en el agua", dice el jefe del grupo de investigación, el profesor Dr. Raoul-Martin Memmesheimer. Sobre la base de ellos y otros organismos tempranos, ahora se investigarán los orígenes del sistema nervioso.
Especialmente en los años 50 y 80 del siglo pasado se obtuvieron extensos datos neurofisiológicos experimentales sobre medusas, proporcionando a los investigadores de la Universidad de Bonn una base para su modelo matemático. En varios pasos, consideraron las células nerviosas individuales, las redes de células nerviosas, el animal completo y el agua circundante. "El modelo puede usarse para responder la pregunta de cómo produce la excitación de las células nerviosas individuales el movimiento de las medusas luna", dice Pallasdies.
Las medusas pueden percibir su posición con ligeros estímulos y con un órgano de equilibrio. Si la corriente oceánica sumerge a una medusa luna, el animal compensa esto y se mueve más hacia la superficie del agua, por ejemplo. Con su modelo, los investigadores pudieron confirmar la suposición de que la medusa usa una red neuronal para nadar en línea recta y dos para los movimientos de rotación.
Propagación en forma de onda de la excitación
La actividad de las células nerviosas se propaga en la campana de la medusa en un patrón ondulatorio. Como ya mostraron experimentos del siglo XIX, la locomoción funciona incluso cuando están heridas grandes partes de la campana. Los científicos de la Universidad de Bonn pueden explicar ahora este fenómeno con sus simulaciones: "Las medusas pueden detectar y transmitir señales en su campana en cualquier momento", dice Pallasdies. Cuando se dispara una célula nerviosa, las demás también se disparan, incluso si están dañadas secciones de la campana.
Sin embargo, la propagación ondulatoria de la excitación en la campana de la medusa se interrumpiría si las células nerviosas se dispararan al azar. Como han descubierto ahora los investigadores sobre la base de su modelo, este riesgo es evitado por las células nerviosas que no pueden volver a activarse tan rápidamente después de dispararse.
Los científicos esperan que una mayor investigación arroje luz sobre la evolución temprana de las redes neuronales. En la actualidad, también se están desarrollando robots submarinos que se mueven sobre la base del principio de natación de las medusas. Pallasdies: "Quizás nuestro estudio también pueda ayudar a mejorar el control autónomo de estos robots".
El estudio ha sido publicado en línea en la revista eLife: From single neurons to behavior in the jellyfish Aurelia aurita
