Với một chút thay đổi về gene, giờ đây chúng ta có thể theo dõi cách tế bào thần kinh bên trong loài sứa trong suốt vận hành để tạo ra những chuyển động tự chủ đầy phức tạp (bắt và ăn mồi).
Loài sứa có tên Clytia hemisphaerica (C.hemisphaerica) là sinh vật hoàn hảo nhất để nghiên cứu vì kích thước cơ thể rất nhỏ (đường kính chỉ khoảng 1 cm), nên toàn bộ hệ thống thần kinh có thể nằm gọn dưới kính hiển vi. C.hemisphaerica có bộ gene khá đơn giản, cơ thể trong suốt của nó chỉ chứa khoảng 10.000 tế bào thần kinh. Điều này có lợi cho việc quan sát hơn. Các nhà nghiên cứu biến đổi gene loài sứa này để tế bào thần kinh của chúng phát sáng khi được kích hoạt, họ nhận thấy những “mức độ không lường trước của tổ chức thần kinh có cấu trúc".
Hệ thần kinh của sứa đã phát triển hơn 500 triệu năm trước và thay đổi rất ít kể từ đó. So với bộ não của động vật ngày nay, tế bào thần kinh của những hóa thạch sống được sắp xếp đơn giản hơn nhiều. Sứa không có não trung tâm, làm sao chúng có thể di chuyển hay săn mồi được?
Nghiên cứu cho thấy tế bào thần kinh của C.hemisphaerica được tổ chức theo hình dạng một chiếc ô, phản chiếu chặt chẽ cơ thể chúng. Sau đó, những tế bào thần kinh này được chia thành nhiều lát, như những lát bánh. Mỗi xúc tu bên dưới phần chuông của sứa sẽ kết nối với một trong những lát này. Khi xúc tu phát hiện và bắt được con mồi, các tế bào thần kinh ngay lập tức kích hoạt theo một trình tự cụ thể.
Đầu tiên, tế bào thần kinh ở miếng lát rìa gửi thông điệp đến tế bào thần kinh ở vị trí giữa, nơi điều khiển miệng của sứa. Điều này làm cho miếng lát rìa di chuyển xúc túc về phía miệng sứa. Trong lúc đó, phần miệng cũng hướng về phía thức ăn đang đến.
Sau khi làm quen với con mồi, con tôm ngâm nước mặn (Artemia), các nhà nghiên cứu nhận thấy trong số 96% sứa thử "chuyển thức ăn", thì có 88% đã thành công. Hầu hết tôm ngâm nước mặn đều bị bắt và ăn bởi sinh vật có cách thức săn mồi như vậy.
Để tìm ra loại tế bào thần kinh nào đang kích hoạt hiệu ứng domino này, các nhà nghiên cứu đã xóa một loại tế bào thần kinh được gọi là RFa+ trên miếng lát rìa. Kết quả cho thấy sự gấp khúc bất đối xứng bên trong tế bào thần kinh sứa không xảy ra, do đó việc chuyển thức ăn từ xúc tu sang miệng cũng thất bại.
"Tế bào thần kinh RFa+ cần thiết cho cả quá trình gấp mép do thức ăn và do hóa chất thí nghiệm gây ra. Ngược lại, chuyển động bơi và vò nát không bị xáo trộn, điều này cho thấy có một loại tế bào thần kinh khác kiểm soát hành vi đó”, các nhà nghiên cứu nói.
Để xem cách tế bào thần kinh điều khiển miệng sứa phối hợp với tế bào điểu khiển phần chuông và ngược lại, nhóm nghiên cứu đã phẫu thuật cắt bỏ một số bộ phận cơ thể của chúng.
Khi cắt bỏ miệng, sứa tiếp tục di chuyển thức ăn từ xúc tu hướng sang miệng không tồn tại của chúng. Sau khi cắt đi nhiều chiếc xúc tu, họ nhận thấy những chất hóa học tiết ra từ tôm vẫn có thể kích hoạt miệng quay về phía thức ăn.
Nghiên cứu trên cho thấy một số hành vi nhất định của sứa bị chi phối thông qua nhiều nhóm tế bào thần kinh có chức năng khác nhau, nằm rải rác xung quanh chu vi chiếc ô. Ví dụ, mạng lưới tế bào thần kinh kết nối phần chuông và phần miệng của sứa cũng có thể kết nối với hệ tiêu hóa.
Khi những con sứa trong nghiên cứu bị thiếu thức ăn, nhóm nghiên cứu nhận thấy xúc tu của chúng chuyển động nhanh hơn để bắt mồi so với khi không đói. Qua đó xác minh một điều, khi đói, một số phản hồi thần kinh thông báo cho sứa biết nó cần lấp đầy hệ tiêu hóa, đặt những bộ phận chịu trách nhiệm kiếm ăn vào tình trạng báo động cao.
"Nếu quan điểm phân cấp này là đúng, những hành vi phối hợp ở sinh vật thiếu não trung tâm như sứa sẽ xuất hiện thông qua cơ chế sao chép và sửa đổi mô đun (đơn vị nhỏ) tự trị để tạo thành siêu mô đun có khả năng tương tác về mặt chức năng. Làm thế nào những tương tác như vậy được hình thành là câu hỏi mà giới khoa học đang cố lý giải”, các nhà nghiên cứu giả thuyết.
