Нейробиологи узнали, откуда у кальмаров и осьминогов большой мозг

Головоногие, к которым относятся осьминоги, кальмары и их родственники-каракатицы, способны на поистине харизматичное поведение. Они могут быстро обрабатывать информацию для преобразования формы, цвета и даже текстуры, сливаясь с окружающей средой. Они также могут общаться, демонстрировать признаки пространственного обучения и использовать инструменты для решения проблем. Они такие умные, что могут даже заскучать.

Не секрет, что делает это возможным: у головоногих самый сложный мозг среди всех беспозвоночных на планете. Однако загадочным остается процесс разработки. По сути, ученые давно задавались вопросом, как у головоногих вообще появился большой мозг. Лаборатория Гарварда, изучающая зрительную систему этих мягкотелых существ, где сосредоточены две трети их центральной обрабатывающей ткани, считают, что они близки к пониманию этого. Процесс, говорят, выглядит удивительно знакомым.

В исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, исследователи из Центра системной биологии FAS описывают, как они использовали новую технику визуализации в реальном времени, чтобы наблюдать за созданием нейронов в эмбрионе практически в режиме реального времени. Затем они смогли отследить эти клетки через развитие нервной системы в сетчатке. Увиденное их удивило.

Нервные стволовые клетки, которые они отслеживали, вели себя очень похоже на то, как эти клетки ведут себя у позвоночных во время развития их нервной системы. Это предполагает, что позвоночные и головоногие, несмотря на то, что они отделились друг от друга 500 миллионов лет назад, не только используют сходные механизмы для создания своего большого мозга, но и что этот процесс и то, как клетки действуют, делятся и формируются, могут, по сути, определять план требовал развития такого рода нервной системы.

«Наши выводы были неожиданными, потому что многое из того, что мы знаем о развитии нервной системы у позвоночных, долгое время считалось особенным для этой линии», — сказала Кристен Кениг, почетный научный сотрудник Джона Гарварда и старший автор исследования. «Наблюдая тот факт, что этот процесс очень похож, мы предположили, что эти две независимо развившиеся очень большие нервные системы используют одни и те же механизмы для их построения. Это говорит о том, что эти механизмы — эти инструменты — используют животные. во время разработки может быть важным для построения больших нервных систем».

Ученые из лаборатории Кенига сосредоточились на сетчатке кальмара под названием Doryteuthis pealeii, более известного как тип длинноперого кальмара. Кальмары вырастают до фута в длину и многочисленны в северо-западной части Атлантического океана. Будучи эмбрионами, они выглядят очаровательно, с большими головами и большими глазами.

Исследователи использовали методы, аналогичные тем, которые стали популярными для изучения модельных организмов, таких как плодовые мушки и рыбки данио. Они создали специальные инструменты и использовали передовые микроскопы, которые могли делать изображения с высоким разрешением каждые десять минут в течение нескольких часов подряд, чтобы увидеть, как ведут себя отдельные клетки. Исследователи использовали флуоресцентные красители, чтобы пометить клетки, чтобы они могли нанести их на карту и отслеживать их.

Этот метод визуализации в реальном времени позволил команде наблюдать за стволовыми клетками, называемыми нервными клетками-предшественниками, и за тем, как они организованы. Клетки образуют особую структуру, называемую псевдомногослойным эпителием. Его главная особенность в том, что клетки вытянуты, поэтому они могут быть плотно упакованы. Исследователи также видели, как ядра этих структур двигались вверх и вниз до и после деления. По их словам, это движение важно для поддержания организованности тканей и продолжения роста.

Этот тип структуры является универсальным в том, как виды позвоночных развивают свой мозг и глаза. Исторически это считалось одной из причин, по которой нервная система позвоночных могла стать такой большой и сложной. Ученые наблюдали примеры этого типа нервного эпителия у других животных, но ткань кальмара, на которую они смотрели в этом случае, была необычно похожа на ткани позвоночных по размеру, организации и способу движения ядра .

Далее лаборатория планирует изучить, как появляются разные типы клеток в мозге головоногих. Кениг хочет определить, экспрессируются ли они в разное время, как они решают стать одним типом нейронов по сравнению с другим, и одинаково ли это действие у разных видов.