سرنخ‌های جدید برای تکامل مغز از نقشه سیستم بینایی اختاپوس

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، انتخاب تنها یک ترفند مهمانی برای اختاپوس سخت است. این موجود باشکوه از طریق نیروی محرکه جت شنا می‌کند، مواد شیمیایی جوهری را به سمت دشمنانش شلیک می‌کند و می‌تواند در عرض چند ثانیه پوست خود را طوری تغییر دهد که با محیط اطرافش ترکیب شود.

اکنون، تیمی از محققان دانشگاه اورگان (UO) یکی دیگر از ویژگی‌های متمایز این حیوان دریایی هشت باز را بررسی کرده‌اند: قابلیت‌های بصری برجسته آن.

آن‌ها نقشه دقیقی از سیستم بینایی اختاپوس را در یک مقاله علمی جدید ارائه کردند. در این نقشه، آن‌ها انواع مختلفی از نورون‌ها را در بخشی از مغز که به بینایی اختصاص دارد، طبقه‌بندی می‌کنند. این نتیجه منبع ارزشمندی برای سایر دانشمندان علوم اعصاب است که جزئیاتی را ارائه می‌دهد که می‌تواند آزمایش‌های آینده را هدایت کند. علاوه بر این، می‌تواند به ما چیزی در مورد تکامل مغز و سیستم‌های بینایی به طور گسترده‌تر بیاموزد.

آزمایشگاه کریس نیل در UO بینایی را بیشتر در موش‌ها مطالعه می‌کند. اما چند سال پیش، پسادکتر جودیت پونگور گونه جدیدی را به آزمایشگاه آورد - اختاپوس دو نقطه‌ای کالیفرنیا.

اگرچه به طور سنتی به عنوان یک موضوع مطالعه در آزمایشگاه استفاده نمی‌شود، این سفالوپود به سرعت مورد توجه عصب شناسان UO قرار گرفت.

نیل گفت، برخلاف موش‌ها که به داشتن بینایی خوب معروف نیستند، اختاپوس‌ها یک سیستم بینایی شگفت‌انگیز دارند و بخش بزرگی از مغز آن‌ها به پردازش بصری اختصاص دارد. آن‌ها چشمی دارند که به طرز چشمگیری شبیه چشم انسان است، اما بعد از آن، مغز کاملاً متفاوت است.

آخرین جد مشترک بین اختاپوس و انسان ۵۰۰ میلیون سال پیش بود و از آن زمان این گونه در زمینه‌های بسیار متفاوتی تکامل یافته است؛ بنابراین دانشمندان نمی‌دانستند که آیا شباهت‌ها در سیستم‌های بینایی فراتر از چشم‌ها گسترش می‌یابد، یا اینکه اختاپوس در عوض از انواع کاملاً متفاوتی از نورون‌ها و مدار‌های مغزی برای دستیابی به نتایج مشابه استفاده می‌کند.

میا سونگکو کاسی، دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه نیل و نویسنده اول، گفت: با دیدن اینکه چگونه چشم اختاپوس به طور همگرا مشابه چشم ما تکامل یافته است، خوب است فکر کنیم که چگونه سیستم بینایی اختاپوس می‌تواند الگویی برای درک کلی‌تر پیچیدگی مغز باشد. روی کاغذ به عنوان مثال، آیا انواع سلول‌های بنیادی برای این مغز بسیار هوشمند و پیچیده مورد نیاز است؟

در اینجا، تیم از تکنیک‌های ژنتیکی برای شناسایی انواع مختلف نورون‌ها در لوب بینایی اختاپوس، بخشی از مغز که به بینایی اختصاص دارد، استفاده کرد.

آن‌ها شش دسته اصلی از نورون‌ها را انتخاب کردند که بر اساس سیگنال‌های شیمیایی که ارسال می‌کنند، متمایز شدند. با نگاهی به فعالیت ژن‌های خاص در آن نورون‌ها، زیرگروه‌های بیشتری نشان داده شد که سرنخ‌هایی برای نقش‌های خاص‌تر ارائه می‌دهد.

در برخی موارد، دانشمندان گروه‌های خاصی از نورون‌ها را در آرایش‌های فضایی مشخص مشخص کردند - برای مثال، حلقه‌ای از نورون‌ها در اطراف لوب بینایی که همه با استفاده از مولکولی به نام اکتوپامین سیگنال می‌دهند. مگس‌های میوه از این مولکول که شبیه آدرنالین است برای افزایش پردازش بصری هنگام فعال بودن مگس استفاده می‌کنند؛ بنابراین شاید نقش مشابهی در اختاپوس داشته باشد.

نیل گفت: اکنون که می‌دانیم این نوع سلول بسیار خاص وجود دارد، می‌توانیم شروع کنیم و بفهمیم که چه کاری انجام می‌دهد.

حدود یک سوم از نورون‌های موجود در داده‌ها کاملاً توسعه یافته به نظر نمی‌رسید. مغز اختاپوس به رشد خود ادامه می‌دهد و نورون‌های جدیدی در طول عمر حیوان اضافه می‌کند. این نورون‌های نابالغ که هنوز در مدار‌های مغزی ادغام نشده‌اند، نشانه‌ای از مغز در حال انبساط بودند!

با این حال، نقشه مجموعه‌ای از نورون‌ها را نشان نداد که به وضوح از مغز انسان یا سایر پستانداران منتقل شده‌اند، همانطور که محققان فکر می‌کردند.

نیل گفت: در سطح آشکار، نورون‌ها روی یکدیگر نقشه نمی‌شوند – آن‌ها از انتقال‌دهنده‌های عصبی مختلف استفاده می‌کنند. اما شاید آن‌ها همان نوع محاسبات را انجام می‌دهند، فقط به روشی متفاوت.

حفاری عمیق‌تر همچنین مستلزم بررسی بهتر ژنتیک سفالوپود است. گابی کافینگ، دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه اندرو کرن، گفت: از آنجایی که اختاپوس به طور سنتی به عنوان یک حیوان آزمایشگاهی استفاده نمی‌شود، بسیاری از ابزار‌هایی که برای دستکاری ژنتیکی دقیق در مگس میوه یا موش استفاده می‌شود، هنوز برای اختاپوس وجود ندارد؛ که روی مطالعه کار کرده اند.

پونگور گفت: ژن‌های زیادی وجود دارد که ما نمی‌دانیم عملکرد آن‌ها چیست، زیرا ما ژنوم بسیاری از سرپایان را توالی یابی نکرده ایم. بدون داده‌های ژنتیکی از گونه‌های مرتبط به عنوان نقطه مقایسه، استنباط عملکرد نورون‌های خاص دشوارتر است.

تیم نیل برای این چالش آماده است. آن‌ها اکنون در حال کار بر روی نقشه برداری از مغز اختاپوس فراتر از لوب بینایی هستند و می‌بینند که چگونه برخی از ژن‌هایی که در این مطالعه بر روی آن‌ها تمرکز کرده اند، در جای دیگری از مغز ظاهر می‌شوند. آن‌ها همچنین از نورون‌های لوب بینایی ضبط می‌کنند تا مشخص کنند چگونه صحنه بصری را پردازش می‌کنند.

با گذشت زمان، تحقیقات آن‌ها ممکن است این حیوانات دریایی مرموز را کمی تیره‌تر کند - و نور کمی به تکامل خود ما نیز بتاباند.