Coleoïde koppotigen, waaronder inktvissen, inktvissen en octopussen, hebben grote en complexe zenuwstelsels en camera-achtige ogen met hoge scherpte. Om zich aan te passen aan hun omgeving, kunnen ze snel informatie verwerken om hun vorm, kleur en zelfs textuur te veranderen. Bovendien kunnen ze met elkaar communiceren, tekenen van ruimtelijk leren vertonen en hulpmiddelen gebruiken om problemen aan te pakken. Ze zijn zo intelligent dat ze, als ze zich vervelen, zelfs problemen veroorzaken.
Wat mysterieus blijft is: hoe koppotigen in de eerste plaats die grote hersenen ontwikkelden. A Harvard-laboratorium dat de visuele systemen van deze zachte wezens bestudeert, denkt dat ze er bijna achter zijn gekomen.
Wetenschappers gebruikten een nieuwe live-imagingtechniek om neuronen die in inktvisembryo's zijn gemaakt bijna in realtime te bekijken. Ze waren in staat die cellen te volgen via de ontwikkeling van het zenuwstelsel in de netvlies.
Ze waren verbaasd toen ze ontdekten dat deze neurale stamcellen zich opmerkelijk hetzelfde gedroegen als die van gewervelde dieren tijdens de Tweede Wereldoorlog zenuwstelsel vorming. De bevindingen impliceren dat hoewel koppotigen en gewervelde dieren 500 miljoen jaar geleden uit elkaar gingen, de processen waardoor beide grote hersenen kregen vergelijkbaar waren. Bovendien kunnen de acties, divisies en vormen van de cellen effectief een blauwdruk volgen die nodig is voor dit specifieke zenuwstelsel.
Kristen Koenig, een John Harvard Distinguished Fellow en senior auteur van de studie, zei: “Onze conclusies waren verrassend omdat lang werd gedacht dat veel van wat we weten over de ontwikkeling van het zenuwstelsel bij gewervelde dieren speciaal was voor die afstamming. Door te observeren dat het proces erg op elkaar lijkt, suggereerde het dat deze twee onafhankelijk geëvolueerde, zeer grote zenuwstelsels dezelfde mechanismen gebruiken om ze te bouwen. Dat suggereert dat de mechanismen – de instrumenten – die de dieren gebruiken tijdens de ontwikkeling belangrijk kunnen zijn voor de opbouw van grote zenuwstelsels.”
Wetenschappers concentreerden zich op het netvlies van een inktvis genaamd Doryteuthis pealeii. De noordwestelijke Atlantische Oceaan herbergt een grote populatie inktvis, die ongeveer een voet lang kan worden. Door de grote hoofden en ogen van de embryo’s lijken ze op schattige anime-personages.
Wetenschappers gebruikten vaak benaderingen om modelsoorten zoals te onderzoeken fruitvliegen en zebravissen. Om het gedrag van individuele cellen te observeren, ontwikkelden ze gespecialiseerde instrumenten. Ze gebruikten de modernste microscopen om urenlang elke tien minuten beelden met een hoge resolutie vast te leggen. Om de cellen in kaart te brengen en te volgen, markeerden de onderzoekers ze met fluorescerende kleurstoffen.
Dankzij de live-imagingtechniek konden wetenschappers stamcellen observeren die neurale voorlopercellen worden genoemd. Ze observeerden ook hun organisatie. Een pseudostratificeerd epitheel is een uniek type structuur gecreëerd door de cellen. De cellen zijn langwerpig zodat ze stevig kunnen worden verpakt, wat het essentiële kenmerk is. Bovendien ontdekten wetenschappers vóór en na de deling dat de kernen van deze formaties op en neer oscilleerden. Deze mobiliteit is cruciaal voor het behoud van de organisatie van het weefsel en het mogelijk maken van verdere groei.
Deze structuur wordt universeel gezien in de ontwikkeling van hersenen en ogen bij gewervelde soorten.
Koenig zei, “Een van de belangrijkste inzichten uit dit soort werk is hoe waardevol het is om de diversiteit van het leven te bestuderen. Door deze diversiteit te bestuderen, kun je terugkeren naar fundamentele ideeën over onze ontwikkeling en onze eigen biomedisch relevante vragen. Met die vragen kun je terecht.”
Journal Reference:
- Francesca R. Napoli et al. De netvliesontwikkeling van koppotigen vertoont gewervelde-achtige mechanismen van neurogenese. Current Biology DOI: 10.1016 / j.cub.2022.10.027
