كيف يحصل الحبار والأخطبوط على أدمغة كبيرة

ملخص: تعمل الخلايا الجذعية العصبية لرأسيات الأرجل بنفس الطريقة التي تعمل بها الفقاريات أثناء تطور الجهاز العصبي.

مصدر: هارفارد

رأسيات الأرجل – التي تشمل الأخطبوط والحبار وأقاربهم من الحبار – قادرة على القيام ببعض السلوكيات الغريبة حقًا. يمكنهم معالجة المعلومات بسرعة لتندمج مع محيطهم ، وتغيير الشكل واللون والملمس. يمكنهم التواصل وإظهار علامات التعلم المكاني واستخدام الأدوات لحل المشكلات. إنهم أذكياء للغاية ويمكن أن يشعروا بالملل.

ليس سرا ما الذي يجعل هذا ممكنا: رأسيات الأرجل لديها العقول الأكثر تعقيدا من أي لافقاريات على هذا الكوكب. ومع ذلك ، فإن ما يظل غامضًا هو العملية. في الأساس ، تساءل العلماء منذ فترة طويلة كيف حصلت رأسيات الأرجل على أدمغتها الكبيرة في المقام الأول؟

يعتقد مختبر هارفارد الذي يدرس النظام البصري لهذه المخلوقات الرخوة – والذي يركز على ثلثي أنسجة المعالجة المركزية – أنهم اقتربوا من اكتشافه. تبدو العملية مألوفة بشكل مدهش.

يصف الباحثون في مركز FAS لبيولوجيا الأنظمة كيفية استخدامهم لتقنية جديدة للتصوير الحي لمشاهدة الخلايا العصبية في الجنين تتطور في الوقت الفعلي. كانوا قادرين على تتبع تلك الخلايا من خلال نمو الجهاز العصبي في شبكية العين. ما رأوه فاجأهم.

الخلايا الجذعية العصبية التي لاحظوها تتصرف بطريقة مشابهة بشكل مخيف لكيفية تصرف هذه الخلايا في الفقاريات أثناء تطور الجهاز العصبي.

على الرغم من أن الفقاريات ورأسيات الأرجل تباعدت عن بعضها البعض قبل 500 مليون سنة ، فقد استخدموا آليات مماثلة لتطوير أدمغتهم الكبيرة ، لكن هذه العملية والطريقة التي تعمل بها الخلايا وانقسامها وشكلها يمكن أن تستند إلى المخطط الضروري. خلق هذا النوع من الجهاز العصبي.

وقالت كريستين كونيغ ، زميلة بارزة في جامعة هارفارد وكبيرة مؤلفة الدراسة: “كانت نتائجنا مفاجئة لأن الكثير مما نعرفه عن تطور الجهاز العصبي لدى الفقاريات كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنه فريد من نوعه لهذا النسب”.

“من خلال ملاحظة أن العملية كانت متشابهة جدًا ، فقد اقترح لنا أن هذين الجهازين اللذين طورا بشكل مستقل جهازين عصبيين كبيرين جدًا يستخدمان نفس الآليات لبناءهما. قد تكون هذه الآليات – تلك الأدوات – مهمة لبناء الأنظمة العصبية الكبيرة التي تستخدمها الحيوانات أثناء تطوير.”

ركز العلماء في مختبر كونيغ على شبكية عين الحبار دوريتوثيس بيلي، والمعروف بشكل أكثر بساطة بأنه نوع من الحبار طويل الزعانف. ينمو الحبار ليبلغ طوله قدمًا تقريبًا ويتواجد بكثرة في شمال غرب المحيط الأطلسي. الأجنة جميلة جدا مع رؤوس كبيرة وعيون كبيرة.

استخدم الباحثون تقنيات مشابهة لتلك الشائعة لدراسة الكائنات الحية النموذجية مثل ذباب الفاكهة وسمك الزرد. قاموا ببناء أدوات خاصة واستخدموا مجاهر متطورة يمكنها التقاط صور عالية الدقة كل عشر دقائق أو كل ساعة ليروا كيف تعمل الخلايا الفردية. استخدم الباحثون الأصباغ الفلورية لتمييز الخلايا حتى يمكن رسم خرائط لها وتعقبها.

سمحت تقنية التصوير الحي هذه للفريق بمراقبة الخلايا الجذعية ، المسماة بالخلايا السلفية العصبية ، وكيفية تنظيمها. تشكل الخلايا نوعًا خاصًا من البنية يسمى الظهارة المطبقة الكاذبة. ميزتها الرئيسية هي أن الخلايا طويلة ومكتظة بكثافة.

كما لاحظ الباحثون أن نواة هذه الهياكل تتحرك صعودًا وهبوطًا قبل الانفصال وبعده. وقالوا إن هذه الحركة مهمة لتنظيم الأنسجة ومواصلة النمو.

هذا النوع من الهياكل عالمي في كيفية تطوير أنواع الفقاريات لأدمغتها وأعينها. تاريخياً ، كان يُعتقد أن هذا هو أحد أسباب نمو الجهاز العصبي الفقاري بشكل كبير ومعقد. لاحظ العلماء أمثلة على هذا النوع من الظهارة العصبية في حيوانات أخرى ، لكن نسيج الحبار الذي رأوه في هذه الحالة كان مشابهًا بشكل غير عادي لأنسجة الفقاريات في حجمها وهيكلها وطريقة تحرك الجنين.

مساعدو باحثون في مختبر كونيغ ، فرانشيسكا ر. نابولي وكريستينا م. قاد دالي البحث.

بعد ذلك ، يخطط المختبر للنظر في كيفية ظهور أنواع مختلفة من الخلايا في دماغ رأسيات الأرجل. يريد Koenig تحديد ما إذا كان يتم التعبير عنها في أوقات مختلفة ، وكيف يتحولون إلى نوع واحد من الخلايا العصبية مقابل نوع آخر ، وما إذا كانت هذه العملية هي نفسها عبر الأنواع.

كونيغ متحمس للاكتشافات المحتملة في المستقبل.

قال كونيغ: “إن النتيجة الكبيرة من هذا النوع من العمل هي مدى أهمية دراسة تنوع الحياة”. “من خلال دراسة هذا التنوع ، يمكنك حقًا الوصول إلى أفكار أساسية حول تنميتنا وأسئلتنا ذات الصلة بيولوجيًا. يمكنك حقًا التحدث عن هذه الأسئلة.

حول هذا أخبار أبحاث علم الأعصاب

مؤلف: خوان سيليسار
مصدر: هارفارد
اتصال: خوان سيليسار – هارفارد
صورة: الصورة في المجال العام

البحث الأصلي: وصول مغلق.
“يظهر تطور شبكية رأسيات الأرجل آليات تشبه الفقاريات لتكوين الخلايا العصبيةكريستين كونيغ وآخرون. علم الأحياء الحالي

شاهد المزيد

ملخص

يظهر تطور شبكية رأسيات الأرجل آليات تشبه الفقاريات لتكوين الخلايا العصبية

يسلط الضوء

• تخضع الخلايا السلفية للشبكية في الحبار لهجرة نووية بين الحركية
• يتم تعريف الخلايا السلفية وما بعد الانقسامية والمتباينة نسبيًا
• يمكن أن تنظم إشارات الشق كلاً من دورة خلية الشبكية ومصير الخلية الحرشفية

ملخص

تحتوي رأسيات الأرجل الغروانية ، بما في ذلك الحبار ، والحبار ، والأخطبوط ، على أجهزة عصبية كبيرة ومعقدة وعينان من نوع الكاميرا. هذه الصفات قابلة للمقارنة فقط مع السمات المتطورة بشكل مستقل في سلالة الفقاريات.

ينتج حجم الجهاز العصبي للحيوان وتنوع أنواع خلايا العضية عن التنظيم الصارم للتكاثر الخلوي والتمايز في التطور.

التغييرات التي حدثت أثناء التطور والتي تفسر تنوع أنواع الخلايا العصبية وحجم الجهاز العصبي المتمايز ليست مفهومة جيدًا.

هنا ، ابتكرنا تقنيات التصوير الحي وأجرينا تحقيقًا وظيفيًا لإظهار هذا الحبار. دوريتوثيس بيلي رموز عمليات العمود الفقري باستخدام آليات أثناء تكوين الخلايا العصبية في شبكية العين.

نلاحظ أن الخلايا السلفية للشبكية في الحبار تخضع للهجرة النووية حتى تخرج من دورة الخلية. نحدد تنظيم الشبكية المرتبط بالخلايا السلفية وما بعد الانقسامية والمتباينة.

أخيرًا ، نجد أن إشارات الشق يمكن أن تنظم كلاً من دورة خلية الشبكية ومصير الخلية. بالنظر إلى التطور المتقارب للأنظمة البصرية المتقنة في رأسيات الأرجل والفقاريات ، تكشف هذه النتائج عن الآليات المشتركة الكامنة وراء تطور أسلاف عصبية عالية التكاثر.

يسلط هذا العمل الضوء على الآليات التي يمكن من خلالها قياس التباين الجيني أن يغير ويساهم في تطور التعقيد والتطور في الأنظمة العصبية للحيوان.