Jak kałamarnica i ośmiornica mają swoje wielkie mózgi

Streszczenie: W rozwoju układu nerwowego nerwowe komórki macierzyste głowonogów funkcjonują podobnie jak kręgowców.

źródło: Harvard

Głowonogi — do których należą ośmiornice, mątwy i ich kuzyni mątwy — są zdolne do naprawdę atrakcyjnych zachowań. Mogą szybko przetwarzać informacje, przekształcać kształt, kolor, a nawet teksturę i łączyć je z otoczeniem. Mogą również komunikować się, wykazywać oznaki przestrzennego uczenia się i używać narzędzi do rozwiązywania problemów. Są bardzo bystrzy, a nawet potrafią się nudzić.

Nie jest tajemnicą, co to umożliwia: głowonogi mają najbardziej złożone mózgi ze wszystkich bezkręgowców na naszej planecie. Ale tajemnicą pozostaje sam proces. Zasadniczo naukowcy od dawna zastanawiali się, w jaki sposób głowonogi mają swój duży mózg?

Laboratorium Harvarda, które bada układ wzrokowy tych istot o miękkich ciałach – gdzie koncentruje się dwie trzecie centralnej tkanki przetwarzającej – sądzi, że są bliskie odkrycia tego. Mówią, że proces brzmi zaskakująco znajomo.

Naukowcy z Centrum Biologii Systemów FAS opisują, w jaki sposób wykorzystali nową technologię obrazowania na żywo, aby obserwować tworzenie się neuronów w zarodku w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Następnie byli w stanie prześledzić te komórki poprzez rozwój układu nerwowego w siatkówce. To, co zobaczyli, zaskoczyło ich.

Śledzone przez nich nerwowe komórki macierzyste zachowywały się dziwnie w sposób, w jaki te komórki zachowują się u kręgowców w miarę ewolucji ich układu nerwowego.

Sugeruje się, że kręgowce i głowonogi, chociaż odbiegały od siebie 500 milionów lat temu, nie tylko wykorzystują podobne mechanizmy do tworzenia swoich dużych mózgów, ale ten proces oraz sposób, w jaki komórki funkcjonują, dzielą się i formują, mogą zasadniczo nakreślić plan niezbędny do rozwoju tego typu układu nerwowego.

„Nasze wnioski były zaskakujące, ponieważ wiele z tego, co wiemy o rozwoju układu nerwowego kręgowców, od dawna uważano za charakterystyczne dla tej linii” – powiedziała Christine Koenig, starszy pracownik Uniwersytetu Harvarda i główny autor badania.

„Zwracając uwagę na fakt, że proces jest bardzo podobny, zasugerował nam, że te dwa systemy niezależnie wyewoluowały dwa bardzo duże układy nerwowe, które wykorzystują te same mechanizmy w swojej budowie. To wskazuje, że te mechanizmy – te narzędzia – które zwierzęta wykorzystują podczas ewolucji, mogą być ważne dla budowy dużych systemów nerwowych.

Naukowcy z Laboratorium Koeniga skupili się na siatkówce mątwy o nazwie Doryteuthis pealeii, bardziej znany jako rodzaj kałamarnicy. Kałamarnice osiągają prawie stopę długości i występują obficie w północno-zachodnim Oceanie Atlantyckim. Jako płody wyglądają absolutnie cudownie z dużą głową i dużymi oczami.

Naukowcy wykorzystali techniki podobne do tych, które się rozprzestrzeniły, do badania organizmów modelowych, takich jak muszki owocowe i danio pręgowany. Stworzyli specjalne narzędzia i wykorzystali zaawansowane mikroskopy, które co dziesięć minut potrafiły godzinami wykonywać obrazy w wysokiej rozdzielczości, aby zobaczyć, jak zachowują się poszczególne komórki. Naukowcy wykorzystali barwniki fluorescencyjne do oznaczenia komórek, aby móc je mapować i śledzić.

Ta technologia obrazowania na żywo umożliwiła zespołowi monitorowanie komórek macierzystych zwanych neuronalnymi komórkami progenitorowymi oraz sposobu ich organizacji. Komórki tworzą specjalny rodzaj struktury zwanej nabłonkiem pseudowarstwowym. Główną zaletą jest to, że komórki są wydłużone, dzięki czemu można je gęsto upakować.

Naukowcy zauważyli również, że jądra tych struktur poruszały się w górę i w dół przed i po mitozie. Jak stwierdzili, ten ruch jest ważny dla utrzymania porządku w tkankach i ciągłego wzrostu.

Ten typ struktury jest uniwersalny w sposobie, w jaki gatunki kręgowców rozwijają swój mózg i oczy. Historycznie uważano to za jeden z powodów, dla których układ nerwowy kręgowców rozrasta się tak duży i złożony. Naukowcy zaobserwowali przykłady tego typu nabłonka nerwowego u innych zwierząt, ale tkanka kałamarnicy, którą przyjrzeli się w tym przypadku, była niezwykle podobna do tej u kręgowców pod względem wielkości, organizacji i sposobu poruszania jądrem.

Badaniami kierowała Francesca R. Neapol i Christina M. Daly, asystenci naukowi w laboratorium Koeniga.

Następnie laboratorium planuje przyjrzeć się, jak różne typy komórek pojawiają się w mózgach głowonogów. Koenig chce ustalić, czy jest wyrażany w różnym czasie, w jaki sposób decydują się stać jednym typem neuronu w porównaniu z innym i czy to działanie jest podobne u różnych gatunków.

Konig jest podekscytowany potencjalnymi odkryciami, które nas czekają.

„Jednym z najważniejszych punktów tego rodzaju pracy jest to, jak ważne jest badanie różnorodności życia” – powiedział Koenig. „Badając tę ​​różnorodność, możesz naprawdę wrócić do nawet podstawowych pomysłów na temat naszego rozwoju i naszych pytań związanych z biomedyką. Możesz naprawdę porozmawiać o tych pytaniach. „

O tych badaniach w Neuroscience News

autor: Juan Celesar
źródło: Harvard
Kontakt: Juan Célezar – Harvard
obrazek: Obraz jest w domenie publicznej

oryginalne wyszukiwanie: Dostęp zamknięty.
„Ewolucja siatkówki głowonogów wykazuje mechanizmy neurogenezy podobne do kręgowcówNapisane przez Kristen Koenig i in. aktualna biologia

Zobacz też

Streszczenie

Ewolucja siatkówki głowonogów wykazuje mechanizmy neurogenezy podobne do kręgowców

Przegląd najważniejszych wydarzeń

• Komórki progenitorowe siatkówki kałamarnicy przechodzą interkinetyczną migrację jądrową
• Identyfikowane są komórki progenitorowe, postmitotyczne i zróżnicowane transkrypcyjnie
• Sygnalizacja Notch może regulować zarówno cykl komórkowy siatkówki, jak i los komórek u kałamarnicy

Streszczenie

Głowonogi koloidalne, w tym mątwy, mątwy i ośmiornice, mają duże, złożone układy nerwowe i bardzo ostre, podobne do kamer oczy. Cechy te są porównywalne jedynie z cechami, które wyewoluowały niezależnie w linii kręgowców.

Wielkość układu nerwowego zwierzęcia i różnorodność typów komórek składowych są wynikiem ścisłej regulacji proliferacji i różnicowania komórek w rozwoju.

Zmiany w procesie rozwoju podczas rozwoju, które prowadzą do różnorodności typów neuronów i zmienionej wielkości układu nerwowego, nie są dobrze poznane.

Tutaj wprowadziliśmy pionierskie techniki obrazowania na żywo i przeprowadziliśmy funkcjonalne przesłuchanie, aby pokazać, że kałamarnica Doryteuthis pealeii Wykorzystuje mechanizmy podczas tworzenia neuronów siatkówki charakterystyczne dla procesów kręgowców.

Odkryliśmy, że komórki progenitorowe siatkówki kałamarnicy przechodzą migrację jądrową, dopóki nie opuszczą cyklu komórkowego. Określamy odpowiednią organizację siatkówki komórek progenitorowych, postmitotycznych i zróżnicowanych.

Wreszcie stwierdzamy, że sygnalizacja Notch może regulować cykl komórkowy siatkówki i los komórek. Biorąc pod uwagę zbieżną ewolucję skomplikowanych układów wzrokowych u głowonogów i kręgowców, odkrycia te ujawniają wspólne mechanizmy leżące u podstaw wzrostu wysoce proliferacyjnych prymitywów neuronalnych.

Praca ta zwraca uwagę na mechanizmy, które mogą zmieniać miarę zmienności genetycznej i przyczyniać się do ewolucji złożoności i wzrostu zwierzęcych układów nerwowych.