Πώς τα καλαμάρια και τα χταπόδια αποκτούν το μεγάλο μυαλό τους

Περίληψη: Τα νευρικά βλαστοκύτταρα των κεφαλόποδων λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με αυτά των σπονδυλωτών κατά την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος.

πηγή: Χάρβαρντ

Τα κεφαλόποδα—τα οποία περιλαμβάνουν χταπόδια, σουπιές και τα ξαδέρφια τους σουπιές—είναι ικανά για κάποιες πραγματικά ελκυστικές συμπεριφορές. Μπορούν να επεξεργαστούν γρήγορα πληροφορίες για να μεταμορφώσουν το σχήμα, το χρώμα, ακόμη και την υφή, και να τις συνδυάσουν με το περιβάλλον τους. Μπορούν επίσης να επικοινωνούν, να δείχνουν σημάδια χωρικής μάθησης και να χρησιμοποιούν εργαλεία για την επίλυση προβλημάτων. Είναι πολύ έξυπνοι και μπορεί ακόμη και να βαρεθούν.

Δεν είναι μυστικό τι το καθιστά δυνατό: τα κεφαλόποδα έχουν τον πιο περίπλοκο εγκέφαλο από όλα τα ασπόνδυλα στον πλανήτη. Αυτό όμως που παραμένει μυστήριο είναι η διαδικασία. Βασικά, οι επιστήμονες αναρωτιούνται από καιρό πώς τα κεφαλόποδα αποκτούν τον μεγάλο εγκέφαλό τους εξαρχής;

Το εργαστήριο του Χάρβαρντ που μελετά το οπτικό σύστημα αυτών των πλασμάτων με μαλακό σώμα — όπου συγκεντρώνονται τα δύο τρίτα του κεντρικού ιστού επεξεργασίας — πιστεύει ότι είναι κοντά στο να το ανακαλύψουν. Λένε ότι η διαδικασία ακούγεται εκπληκτικά οικεία.

Ερευνητές από το Κέντρο Βιολογίας Συστημάτων FAS περιγράφουν πώς χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνολογία ζωντανής απεικόνισης για να παρακολουθήσουν τη δημιουργία νευρώνων σε ένα έμβρυο σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Στη συνέχεια μπόρεσαν να εντοπίσουν αυτά τα κύτταρα μέσω της ανάπτυξης του νευρικού συστήματος στον αμφιβληστροειδή. Αυτό που είδαν τους εξέπληξε.

Τα νευρικά βλαστοκύτταρα που εντόπισαν συμπεριφέρονταν παράξενα με τον τρόπο που συμπεριφέρονται αυτά τα κύτταρα στα σπονδυλωτά καθώς εξελισσόταν το νευρικό τους σύστημα.

Προτείνεται ότι τα σπονδυλωτά και τα κεφαλόποδα, αν και αποκλίνουν το ένα από το άλλο πριν από 500 εκατομμύρια χρόνια, όχι μόνο χρησιμοποιούν παρόμοιους μηχανισμούς για να φτιάξουν τους μεγάλους εγκεφάλους τους, αλλά αυτή η διαδικασία και ο τρόπος με τον οποίο τα κύτταρα λειτουργούν, διαιρούνται και σχηματίζονται μπορεί να ζωγραφίσει θεμελιωδώς το σχέδιο που απαιτείται για την ανάπτυξη αυτού του τύπου. του νευρικού συστήματος.

«Τα συμπεράσματά μας ήταν εκπληκτικά επειδή πολλά από αυτά που γνωρίζουμε για την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος στα σπονδυλωτά θεωρούνταν από καιρό ότι είναι ιδιόμορφα σε αυτή τη γενεαλογία», δήλωσε η Christine Koenig, ανώτερη συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και ανώτερη συγγραφέας της μελέτης.

“Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η διαδικασία είναι πολύ παρόμοια, αυτό που μας πρότεινε είναι ότι αυτά τα δύο συστήματα έχουν εξελίξει ανεξάρτητα δύο πολύ μεγάλα νευρικά συστήματα που χρησιμοποιούν τους ίδιους μηχανισμούς στην κατασκευή τους. Αυτό που δείχνει είναι ότι αυτοί οι μηχανισμοί – αυτά τα εργαλεία – ότι τα ζώα χρησιμοποιούν κατά την εξέλιξη μπορεί να είναι σημαντική για την οικοδόμηση μεγάλων νευρικών συστημάτων».

Οι επιστήμονες από το εργαστήριο Koenig επικεντρώθηκαν στον αμφιβληστροειδή χιτώνα μιας σουπιάς με το όνομα Δωρυτεύθης πεαλειή, πιο απλά γνωστό ως είδος μακρόπτερου καλαμαριού. Τα καλαμάρια μεγαλώνουν σε μήκος σχεδόν ένα πόδι και είναι άφθονα στον Βορειοδυτικό Ατλαντικό Ωκεανό. Ως έμβρυα φαίνονται πανέμορφα με μεγάλο κεφάλι και μεγάλα μάτια.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνικές παρόμοιες με εκείνες που έχουν εξαπλωθεί για να μελετήσουν μοντελικούς οργανισμούς, όπως μύγες φρούτων και ζέβρα. Δημιούργησαν ειδικά εργαλεία και χρησιμοποίησαν προηγμένα μικροσκόπια που μπορούσαν να τραβούν εικόνες υψηλής ανάλυσης κάθε δέκα λεπτά για ώρες για να δουν πώς συμπεριφέρονται τα μεμονωμένα κύτταρα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φθορίζουσες βαφές για να σημαδέψουν τα κύτταρα, ώστε να μπορούν να τα χαρτογραφήσουν και να τα παρακολουθήσουν.

Αυτή η τεχνολογία ζωντανής απεικόνισης επέτρεψε στην ομάδα να παρακολουθεί τα βλαστοκύτταρα που ονομάζονται νευρικά προγονικά κύτταρα και τον τρόπο οργάνωσης τους. Τα κύτταρα σχηματίζουν έναν ειδικό τύπο δομής που ονομάζεται ψευδο-στρωματοποιημένο επιθήλιο. Το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι τα κύτταρα είναι επιμήκη ώστε να μπορούν να συσκευάζονται πυκνά.

Οι ερευνητές είδαν επίσης ότι οι πυρήνες αυτών των δομών κινούνταν πάνω και κάτω πριν και μετά τη μίτωση. Αυτή η κίνηση είναι σημαντική για τη διατήρηση των ιστών οργανωμένων και για τη συνεχή ανάπτυξη, είπαν.

Αυτός ο τύπος δομής είναι καθολικός στον τρόπο με τον οποίο τα σπονδυλωτά είδη αναπτύσσουν τον εγκέφαλο και τα μάτια τους. Ιστορικά, θεωρήθηκε ένας από τους λόγους για τους οποίους το νευρικό σύστημα των σπονδυλωτών μεγαλώνει τόσο μεγάλο και πολύπλοκο. Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει παραδείγματα αυτού του τύπου νευροεπιθηλίου σε άλλα ζώα, αλλά ο ιστός του καλαμαριού που εξέτασαν σε αυτή την περίπτωση ήταν ασυνήθιστα παρόμοιος με αυτόν των σπονδυλωτών στο μέγεθος, την οργάνωση και τον τρόπο κίνησης του πυρήνα.

Επικεφαλής της έρευνας ήταν η Francesca R. Νάπολη και Christina M. Daly, βοηθοί ερευνητές στο εργαστήριο του Koenig.

Στη συνέχεια, το εργαστήριο σχεδιάζει να εξετάσει πώς εμφανίζονται διαφορετικοί τύποι κυττάρων στον εγκέφαλο των κεφαλόποδων. Ο Koenig θέλει να προσδιορίσει εάν εκφράζεται σε διαφορετικούς χρόνους, πώς αποφασίζουν να γίνουν ένας τύπος νευρώνων έναντι ενός άλλου και αν αυτή η δράση είναι παρόμοια μεταξύ των ειδών.

Ο Konig είναι ενθουσιασμένος για τις πιθανές ανακαλύψεις που βρίσκονται μπροστά μας.

“Ένα από τα πιο σημαντικά σημεία από αυτό το είδος εργασίας είναι πόσο σημαντικό είναι να μελετήσουμε την ποικιλομορφία της ζωής”, είπε ο Koenig. “Με τη μελέτη αυτής της ποικιλομορφίας, μπορείτε πραγματικά να επιστρέψετε ακόμη και σε βασικές ιδέες σχετικά με την ανάπτυξή μας και τις βιοϊατρικές μας ερωτήσεις. Μπορείτε πραγματικά να μιλήσετε για αυτές τις ερωτήσεις.”

Σχετικά με αυτό το Neuroscience Research News

συγγραφέας: Χουάν Σελεζάρ
πηγή: Χάρβαρντ
Επικοινωνία: Juan Célezar – Χάρβαρντ
εικόνα: Η εικόνα είναι δημόσια

αρχική αναζήτηση: Η πρόσβαση έκλεισε.
“Η εξέλιξη του αμφιβληστροειδούς κεφαλόποδα δείχνει μηχανισμούς νευρογένεσης που μοιάζουν με σπονδυλωτάΓράφτηκε από τους Kristen Koenig et al. τρέχουσα βιολογία

δείτε επίσης

Περίληψη

Η εξέλιξη του αμφιβληστροειδούς κεφαλόποδα δείχνει μηχανισμούς νευρογένεσης που μοιάζουν με σπονδυλωτά

Καλύτερες στιγμές

• Τα προγονικά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς καλαμαριού υφίστανται διακινητική πυρηνική μετανάστευση
• Ταυτοποιούνται προγονικά, μεταμιτωτικά και μεταγραφικά διαφοροποιημένα κύτταρα
• Η σηματοδότηση εγκοπής μπορεί να ρυθμίζει τόσο τον κυτταρικό κύκλο του αμφιβληστροειδούς όσο και τη μοίρα των κυττάρων στα καλαμάρια

Περίληψη

Τα κολεοειδή κεφαλόποδα, συμπεριλαμβανομένων των σουπιών, των σουπιών και των χταποδιών, έχουν μεγάλα, πολύπλοκα νευρικά συστήματα και εξαιρετικά ευκρινή μάτια τύπου κάμερας. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι συγκρίσιμα μόνο με γνωρίσματα που εξελίχθηκαν ανεξάρτητα στη γενεαλογία των σπονδυλωτών.

Το μέγεθος του νευρικού συστήματος ενός ζώου και η ποικιλομορφία των συστατικών τύπων κυττάρων του είναι αποτέλεσμα της αυστηρής ρύθμισης του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και της διαφοροποίησης στην ανάπτυξη.

Οι αλλαγές στη διαδικασία ανάπτυξης κατά την ανάπτυξη που οδηγούν σε μια ποικιλία τύπων νευρώνων και ένα αλλαγμένο μέγεθος νευρικού συστήματος δεν είναι καλά κατανοητές.

Εδώ, πρωτοστατήσαμε σε τεχνικές ζωντανής απεικόνισης και πραγματοποιήσαμε μια λειτουργική ανάκριση για να δείξουμε ότι το καλαμάρι Δωρυτεύθης πεαλειή Χρησιμοποιεί μηχανισμούς κατά τη νευρογένεση του αμφιβληστροειδούς που είναι χαρακτηριστικοί των διεργασιών των σπονδυλωτών.

Διαπιστώνουμε ότι τα προγονικά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς καλαμαριού υφίστανται πυρηνική μετανάστευση μέχρι να βγουν από τον κυτταρικό κύκλο. Καθορίζουμε την αντίστοιχη οργάνωση του αμφιβληστροειδούς προγονικών, μεταμιτωτικών και διαφοροποιημένων κυττάρων.

Τέλος, διαπιστώνουμε ότι η σηματοδότηση Notch μπορεί να ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο του αμφιβληστροειδούς και τη μοίρα των κυττάρων. Δεδομένης της συγκλίνουσας εξέλιξης περίτεχνων οπτικών συστημάτων σε κεφαλόποδα και σπονδυλωτά, αυτά τα ευρήματα αποκαλύπτουν κοινούς μηχανισμούς που αποτελούν τη βάση της ανάπτυξης των άκρως πολλαπλασιαστικών νευρωνικών πρωτόγονων.

Αυτή η εργασία υπογραμμίζει μηχανισμούς που μπορεί να αλλάξουν το μέτρο της γενετικής διακύμανσης και να συμβάλουν στην εξέλιξη της πολυπλοκότητας και της ανάπτυξης στα νευρικά συστήματα των ζώων.