_ Caracteristici unice ale caracatiței creează „un mod cu totul nou de a proiecta un sistem nervos”

Caracatițele nu seamănă prea mult cu oamenii – sunt nevertebrate cu opt brațe și sunt mai strâns legate de scoici și melci. Cu toate acestea, au evoluat sisteme nervoase complexe cu tot atâtea neuroni ca în creierul câinilor și sunt capabili de o gamă largă de comportamente complicate. În ochii Melina Hale, Ph.D., și a altor cercetători din domeniu, aceasta înseamnă că acestea oferă o oportunitate excelentă de a explora modul în care structurile alternative ale sistemului nervos pot îndeplini aceleași funcții de bază ale senzației și mișcării membrelor.

Descoperirea surprinzătoare oferă noi perspective asupra modului în care speciile de nevertebrate au evoluat în mod independent un sistem nervos complex. sisteme. De asemenea, poate oferi inspirație pentru ingineria robotică, cum ar fi noile dispozitive subacvatice autonome.

„În laboratorul meu, studiem mecanosensația și propriocepția – cum este simțită mișcarea și poziționarea membrelor”, a spus Hale. „Aceste INC-uri au fost mult timp considerate a fi proprioceptive, așa că au fost o țintă interesantă pentru a ajuta să răspundă la tipurile de întrebări pe care le pune laboratorul nostru. Până acum, nu s-a lucrat prea mult cu ele, dar experimentele trecute. au indicat că sunt importante pentru controlul brațelor.”

Datorită sprijinului pentru cercetarea cefalopodelor oferit de Laboratorul de Biologie Marină, Hale și echipa ei au putut folosi caracatițe tinere pentru studiu, care erau mici. suficient pentru a permite cercetătorilor să imagineze baza tuturor celor opt brațe simultan. Acest lucru a permis echipei să urmărească INC-urile prin țesut pentru a le determina traseul.

„Aceste caracatițe aveau aproximativ dimensiunea unui nichel sau poate un sfert, așa că a fost un proces de a fixa specimenele în orientarea corectă. și pentru a obține unghiul corect în timpul secționării [pentru imagistica]”, a spus Adam Kuuspalu, analist principal de cercetare la UChicago și autorul principal al studiului.

Inițial, echipa a studiat cordoanele nervoase axiale mai mari. în brațe, dar au început să observe că INC-urile nu s-au oprit la baza brațului, ci au continuat mai degrabă în afara brațului și în corpul animalului. Dându-și seama că s-a făcut puțină muncă pentru a explora anatomia INC-urilor, au început să urmărească nervii, așteptându-se ca aceștia să formeze un inel în corpul caracatiței, asemănător cu cordoanele nervoase axiale.

Prin intermediul. Imagistica, echipa a stabilit că, pe lângă lungimea fiecărui braț, cel puțin două dintre cele patru INC se extind în corpul caracatiței, unde ocolesc cele două brațe adiacente și se îmbină cu INC-ul celui de-al treilea braț. Acest model înseamnă că toate brațele sunt conectate simetric.

A fost o provocare, totuși, să se stabilească cum se va menține modelul în toate cele opt brațe. „Pe măsură ce ne-am imaginat, ne-am dat seama că nu se adună toate așa cum ne așteptam, toate par să meargă în direcții diferite și am încercat să ne dăm seama cum, dacă modelul s-ar menține pentru toate brațele, cum ar fi acea lucrare?" a spus Hale.

„Am scos chiar și una dintre acele jucării pentru copii – un Spirograf – ca să mă joc cu cum ar arăta, cum se va conecta toate în cele din urmă. A fost nevoie de multă imagine și jucându-mă cu desene în timp ce ne zgâriam creierul despre ce s-ar putea întâmpla înainte să devină clar cum se potrivesc totul.”

Rezultatele nu au fost deloc ceea ce se așteptau cercetătorii să găsească.

„Credem că acesta este un nou design pentru un sistem nervos bazat pe membre”, a spus Hale. „Nu am văzut așa ceva la alte animale”.

Cercetătorii nu știu încă ce funcție ar putea servi acest design anatomic, dar au câteva idei. „Unele lucrări mai vechi au împărtășit perspective interesante”, a spus Hale.

„Un studiu din anii 1950 a arătat că atunci când manipulezi un braț pe o parte a caracatiței cu zone ale creierului lezate, vei vedea brațele. Răspunzând de cealaltă parte. Așadar, s-ar putea ca acești nervi să permită controlul descentralizat al unui răspuns sau comportament reflexiv. Acestea fiind spuse, vedem, de asemenea, că fibrele ies din cordoanele nervoase în mușchi de-a lungul tractului lor, deci ar putea, de asemenea, permite o continuitate a feedback-ului proprioceptiv și a controlului motor pe toată lungimea lor.”

Echipa efectuează în prezent experimente pentru a vedea dacă pot obține perspective asupra acestei întrebări analizând fiziologia INC-urilor și aspectul lor unic. . Ei studiază, de asemenea, sistemele nervoase ale altor cefalopode, inclusiv calmari și sepie, pentru a vedea dacă au o anatomie similară.

În cele din urmă, Hale crede că, pe lângă faptul că luminează modurile neașteptate în care o specie de nevertebrate ar putea proiecta un sistem nervos. sistem, înțelegerea acestor sisteme poate ajuta la dezvoltarea de noi tehnologii de inginerie, cum ar fi roboții.

„Caracatițele pot fi o inspirație biologică pentru proiectarea dispozitivelor submarine autonome”, a spus Hale. „Gândește-te la brațele lor – se pot îndoi oriunde, nu doar la articulații. Se pot răsuci, își pot extinde brațele și își pot acționa ventuzele, totul independent. Funcția unui braț de caracatiță este mult mai sofisticată decât a noastră, așa că înțelegem cum caracatițele. integrarea informațiilor senzoriale motorii și controlul mișcării poate sprijini dezvoltarea de noi tehnologii.”

(Fluierul)