Es ist schwer für den Oktopus, sich nur für einen Partytrick zu entscheiden. Es schwimmt mit Düsenantrieb, schießt tintenartige Chemikalien auf seine Feinde und kann seine Haut innerhalb von Sekunden ändern, um sich an seine Umgebung anzupassen.
Ein Team von Forschern der University of Oregon untersucht ein weiteres charakteristisches Merkmal dieses achtarmigen Meerestiers: seine herausragenden visuellen Fähigkeiten.
In einem neuen Artikel legen sie eine detaillierte Karte des visuellen Systems des Oktopus vor und klassifizieren verschiedene Arten von Neuronen in einem Teil des Gehirns, der dem Sehen gewidmet ist. Die Karte ist eine Ressource für andere Neurowissenschaftler und liefert Details, die zukünftige Experimente leiten könnten. Und es könnte uns auch allgemein etwas über die Entwicklung von Gehirnen und visuellen Systemen lehren.
Das Team berichtet seine Ergebnisse am 31. Oktober in Aktuelle Biologie.
Das Labor von Cris Niell an der UO untersucht das Sehvermögen, hauptsächlich bei Mäusen. Aber vor ein paar Jahren brachte Postdoc Judit Pungor eine neue Art ins Labor – den kalifornischen Zweifleck-Oktopus.
Obwohl dieser Kopffüßer traditionell nicht als Studienobjekt im Labor verwendet wird, erregte er schnell das Interesse von UO-Neurowissenschaftlern. Im Gegensatz zu Mäusen, die nicht dafür bekannt sind, gut zu sehen, „haben Tintenfische ein erstaunliches visuelles System, und ein großer Teil ihres Gehirns ist der visuellen Verarbeitung gewidmet“, sagte Niell. „Sie haben ein Auge, das dem menschlichen Auge bemerkenswert ähnlich ist, aber danach ist das Gehirn völlig anders.“
Der letzte gemeinsame Vorfahre von Oktopussen und Menschen war vor 500 Millionen Jahren, und die Arten haben sich seitdem in sehr unterschiedlichen Kontexten entwickelt. Die Wissenschaftler wussten also nicht, ob sich die Parallelen in visuellen Systemen über die Augen hinaus erstreckten oder ob der Oktopus stattdessen völlig andere Arten von Neuronen und Gehirnschaltkreisen verwendete, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen.
„Wenn man sieht, wie sich das Oktopusauge ähnlich wie unseres konvergent entwickelt hat, ist es cool, darüber nachzudenken, wie das visuelle System des Oktopus ein Modell für das allgemeinere Verständnis der Gehirnkomplexität sein könnte“, sagte Mea Songco-Casey, eine Doktorandin in Niells Labor und die Erstautorin auf dem Papier. „Gibt es zum Beispiel grundlegende Zelltypen, die für dieses sehr intelligente, komplexe Gehirn benötigt werden?“
Hier verwendete das Team genetische Techniken, um verschiedene Arten von Neuronen im Sehlappen des Oktopus zu identifizieren, dem Teil des Gehirns, der dem Sehen gewidmet ist.
Sie wählten sechs Hauptklassen von Neuronen aus, die anhand der von ihnen gesendeten chemischen Signale unterschieden wurden. Ein Blick auf die Aktivität bestimmter Gene in diesen Nervenzellen offenbarte dann weitere Subtypen, die Hinweise auf spezifischere Rollen geben.
In einigen Fällen lokalisierten die Forscher bestimmte Gruppen von Neuronen in unterschiedlichen räumlichen Anordnungen – zum Beispiel einen Ring von Neuronen um den Sehlappen, die alle mit einem Molekül namens Octopamin signalisieren. Fruchtfliegen verwenden dieses adrenalinähnliche Molekül, um die visuelle Verarbeitung zu steigern, wenn die Fliege aktiv ist. Es könnte also vielleicht eine ähnliche Rolle bei Tintenfischen spielen.
„Jetzt, da wir wissen, dass es diesen sehr spezifischen Zelltyp gibt, können wir anfangen, hineinzugehen und herauszufinden, was er tut“, sagte Niell.
Etwa ein Drittel der Neuronen in den Daten sah nicht ganz entwickelt aus. Das Oktopus-Gehirn wächst und fügt im Laufe der Lebensspanne des Tieres neue Neuronen hinzu. Diese unreifen Neuronen, die noch nicht in Gehirnschaltkreise integriert waren, waren ein Zeichen dafür, dass sich das Gehirn ausdehnte.
Die Karte enthüllte jedoch keine Sätze von Neuronen, die eindeutig von Menschen oder anderen Säugetiergehirnen übertragen wurden, wie die Forscher dachten.
„Auf der offensichtlichen Ebene bilden sich die Neuronen nicht gegenseitig ab – sie verwenden unterschiedliche Neurotransmitter“, sagte Niell. „Aber vielleicht führen sie die gleichen Berechnungen durch, nur auf eine andere Art und Weise.“
Um tiefer zu graben, müssen Sie auch die Genetik der Kopffüßer besser in den Griff bekommen. Da der Oktopus traditionell nicht als Versuchstier verwendet wurde, existieren viele der Werkzeuge, die für die präzise genetische Manipulation bei Fruchtfliegen oder Mäusen verwendet werden, noch nicht für den Oktopus, sagte Gabby Coffing, eine Doktorandin im Labor von Andrew Kern die an der Studie gearbeitet haben.
„Es gibt viele Gene, von denen wir keine Ahnung haben, was ihre Funktion ist, weil wir die Genome vieler Kopffüßer nicht sequenziert haben“, sagte Pungor. Ohne genetische Daten verwandter Arten als Vergleichspunkt ist es schwieriger, die Funktion bestimmter Neuronen abzuleiten.
Niells Team stellt sich der Herausforderung. Sie arbeiten jetzt daran, das Oktopus-Gehirn jenseits des Sehlappens zu kartieren, um zu sehen, wie einige der Gene, auf die sie sich in dieser Studie konzentriert haben, anderswo im Gehirn auftauchen. Sie nehmen auch von Neuronen im Sehlappen auf, um zu bestimmen, wie sie die visuelle Szene verarbeiten.
Mit der Zeit könnten ihre Forschungen diese mysteriösen Meerestiere etwas weniger trübe machen – und auch ein wenig Licht auf unsere eigene Evolution werfen.
Mehr Informationen:
Cristopher M. Niell, Zelltypen und molekulare Architektur des visuellen Systems von Octopus bimaculoides, Aktuelle Biologie (2022). DOI: 10.1016/j.cub.2022.10.015. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(22)01623-2