Lengan gurita berpikir untuk diri mereka sendiri – para ilmuwan mengungkapkan cara kerjanya
Tali saraf besar yang membentang di sepanjang setiap lengan gurita dibagi menjadi segmen, memungkinkan untuk kontrol gerakan yang tepat dan membentuk peta spasial dari pengisapnya.
Lengan gurita menunjukkan ketangkasan yang luar biasa, mampu membungkuk, memutar, dan melengkung dengan rentang gerak yang hampir tak terbatas. Peneliti di[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>University of Chicago have discovered that the nervous system controlling these movements is segmented. This specialized circuitry allows octopuses to exert precise control over their eight arms and hundreds of suckers, enabling them to explore their surroundings, manipulate objects, and capture prey with extraordinary precision.
“If you’re going to have a nervous system that’s controlling such dynamic movement, that’s a good way to set it up,” said Clifton Ragsdale, PhD, Professor of Neurobiology at UChicago and senior author of the study. “We think it’s a feature that specifically evolved in soft-bodied cephalopods with suckers to carry out these worm-like movements.”
The study was recently published in Nature Communications.
Anatomy of Octopus Arms and Nervous System
Each octopus arm has a massive nervous system, with more neurons combined across the eight arms than in the animal’s brain. These neurons are concentrated in a large axial nerve cord (ANC), which snakes back and forth as it travels down the arm, every bend forming an enlargement over each sucker.
Cassady Olson, a graduate student in Computational Neuroscience who led the study, wanted to analyze the structure of the ANC and its connections to musculature in the arms of the California two-spot octopus (Octopus bimaculoides), a small species native to the Pacific Ocean off the coast of California. She and her co-author Grace Schulz, a graduate student in Development, Regeneration, and Stem Cell Biology, were trying to look at thin, circular cross-sections of the arms under a microscope, but the samples kept falling off the slides. They tried lengthwise strips of the arms and had better luck, which led to an unexpected discovery.
https://www.youtube.com/watch?v=vf_8pfrrbjm
Lengan gurita bergerak dengan ketangkasan yang luar biasa, membungkuk, memutar, dan melengkung dengan derajat kebebasan yang hampir tak terbatas. Kredit: Cassady Olson
Menggunakan penanda seluler dan alat pencitraan untuk melacak struktur dan koneksi dari ANC, mereka melihat bahwa tubuh sel neuron dikemas ke dalam kolom yang membentuk segmen, seperti pipa bergelombang. Segmen -segmen ini dipisahkan oleh celah yang disebut septa, di mana saraf dan pembuluh darah keluar ke otot di dekatnya. Saraf dari beberapa segmen terhubung ke berbagai daerah otot, menunjukkan segmen bekerja bersama untuk mengendalikan gerakan.
Wawasan Fungsional: Kontrol segmental dan “Suckeroptopy”
“Memikirkan hal ini dari perspektif pemodelan, cara terbaik untuk mengatur sistem kontrol untuk lengan yang sangat panjang dan fleksibel ini adalah dengan membaginya menjadi segmen,” kata Olson. “Harus ada semacam komunikasi antara segmen, yang dapat Anda bayangkan akan membantu memperlancar gerakan.”
Saraf untuk pengisap juga keluar dari ANC melalui septa ini, secara sistematis menghubungkan ke tepi luar masing -masing pengisap. Ini menunjukkan bahwa sistem saraf mengatur peta spasial, atau topografi, masing -masing pengisap. Gurita dapat bergerak dan mengubah bentuk pengisap mereka secara mandiri. Pengisap juga dikemas dengan reseptor sensorik yang memungkinkan gurita untuk merasakan dan mencium bau hal -hal yang mereka sentuh – seperti menggabungkan tangan dengan lidah dan hidung. Para peneliti percaya “Suckeroptopy,” sebagaimana mereka menyebut peta, memfasilitasi kemampuan motorik sensorik yang kompleks ini.
Untuk melihat apakah struktur semacam ini umum untuk cephalopoda bertubuh lunak lainnya, Olson juga mempelajari Longfin Inshore Squid (Doryteuthis pealeii), yang umum di Samudra Atlantik. Cumi -cumi ini memiliki delapan lengan dengan otot dan pengisap seperti gurita, ditambah dua tentakel. Tentakel memiliki tangkai panjang tanpa pengisap, dengan klub di akhir yang memang memiliki pengisap. Saat berburu, cumi-cumi dapat menembak tentakel dan mengambil mangsa dengan klub yang dilengkapi pengisap.
Menggunakan proses yang sama untuk mempelajari strip panjang tentakel cumi, Olson melihat bahwa ANC di batang tanpa pengisap tidak tersegmentasi, tetapi klub pada akhirnya tersegmentasi dengan cara yang sama seperti gurita. Ini menunjukkan bahwa ANC yang tersegmentasi secara khusus dibangun untuk mengendalikan semua jenis pelengkap yang tangkas dan sarat dengan pengisap di cephalopoda. Klub tentakel cumi -cumi memiliki lebih sedikit segmen per pengisap, namun, kemungkinan karena mereka tidak menggunakan pengisap untuk sensasi dengan cara yang sama seperti gurita. Squid lebih mengandalkan penglihatan mereka untuk berburu di perairan terbuka, sedangkan gurita berkeliaran di dasar laut dan menggunakan lengan sensitif mereka sebagai alat untuk eksplorasi.
Sementara gurita dan cumi -cumi menyimpang satu sama lain lebih dari 270 juta tahun yang lalu, kesamaan dalam bagaimana mereka mengendalikan bagian -bagian pelengkap mereka dengan pengisap – dan perbedaan dalam bagian -bagian yang tidak – menunjukkan bagaimana evolusi selalu berhasil menemukan solusi terbaik.
“Organisme dengan pelengkap sarat pengisap ini yang memiliki gerakan seperti cacing membutuhkan jenis sistem saraf yang tepat,” kata Ragsdale. “Cephalopoda yang berbeda telah muncul dengan struktur segmental, rinciannya bervariasi sesuai dengan tuntutan lingkungan mereka dan tekanan ratusan juta tahun evolusi.”
Referensi: “Segmentasi Neuronal dalam Senjata Cephalopod” oleh Cassady S. Olson, Natalie Grace Schulz dan Clifton W. Ragsdale, 15 Januari 2025, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-024-55475-5
Studi ini didanai oleh Institut Kesehatan Nasional dan Yayasan Sains Nasional AS.
