Результаты двух исследований, опубликованных в журнале Current Biology, показывают, что каждая щупальца осьминога содержит невероятно сложную периферическую нервную систему, которая не уступает центральной нервной системе многих других животных. Исследователи создали первые в мире 3D-карты того, как работают руки осьминога на клеточном уровне.
Может ли у живого существа быть 8 мозгов: кажется, у осьминогов может
У осьминогов восемь гибких щупалец, каждый из которых снабжен сотнями присосок, способных пробовать вкус, обонять, осязать и реагировать самостоятельно. Именно так они ориентируются в подводном мире и теперь ученые из Государственного университета Сан-Франциско (SFSU) составили карту сложной химической сети, которая делает все это возможным.
Unsplash
Это не просто «ноги и руки»!
И что же это все показало?
Чтобы понять, как на самом деле работает эта распределенная нервная система, исследователи изучили руки карликовых осьминогов (Octopus bocki), используя методику, которая помечает определенные молекулы флуоресцентными маркерами. Этот метод позволил им идентифицировать различные типы нейронов на основе специфических химических мессенджеров, или нейротрансмиттеров, которые они вырабатывают.
Работая параллельно, вторая команда использовала мощные электронные микроскопы для создания подробных структурных карт физической организации нервной системы рук осьминога. В совокупности эти подходы обеспечили как химическую схему, так и архитектурный план интеллекта рук осьминога.
Команда ученых выделила семь основных типов нейронов, каждый из которых вырабатывает различные химические сигналы: дофаминовые нейроны для питания и мотивации, серотониновые нейроны для обучения, октопаминовые нейроны для памяти, глутаматные и ацетилхолиновые нейроны для мышечного контроля, ГАМК-нейроны для торможения и пептидные нейроны для передачи сложных сигналов.
Эти нейроны не разбросаны случайным образом. Вместо этого, они организованы в четкие структуры, которые резко отличаются от основания щупальца (ближе к телу) до кончиков пальцев. Исследователи обнаружили, что кончики щупальцев содержат значительно меньше дофаминовых и серотониновых нейронов по сравнению с основаниями.
В основании, которое старше и более развито, содержится гораздо более высокая концентрация нейронов, вырабатывающих дофамин и серотонин — химические вещества, обычно связанные со сложным поведением других животных. Напротив, в кончиках, которые непрерывно растут на протяжении всей жизни осьминога, гораздо больше нейронов, продуцирующих пептиды — химические сигналы, которые, по-видимому, участвуют в основном росте и развитии.
Ученые предположили, что, поскольку окончания щупальцев представляют собой более новые, развивающиеся ткани, в этих областях могут изначально формироваться базовые цепи для таких важных функций, как мышечный контроль, а более сложные системы развиваются позже, по мере созревания ткани.
Структурный анализ, проведенный во втором исследовании, показал, что нервные скопления вдоль каждой «руки» чередуются в зеркальном отображении. Эта симметрия непосредственно соответствует расположению присосок слева направо, которые расположены в виде пчелиных сот.
Исследователи также выявили ранее неизвестные нервные пути, которые спиралью обвивают каждую руку, потенциально позволяя информации передаваться по сложным каналам без участия центральной нервной системы.
Каждая «рука» осьминога функционирует полунезависимо, она способна исследовать, хватать и даже реагировать без постоянного участия центрального мозга. Когда она осьминога касается чего-то интересного, тысячи нейронов в каждой присоске немедленно начинают обрабатывать информацию о текстуре, вкусе и химическом составе этого предмета. Эта информация может вызвать немедленные реакции, такие как захват пищи, не дожидаясь одобрения со стороны мозга.
Ученые считают, что «руки» осьминога могут использовать принципиально иные стратегии контроля, чем у других животных. Они также выявили гигантские нейроны, разбросанные по всему телу, примерно в пять раз больше обычных нервных клеток, функция которых остается загадкой.