Ноги от ушей: открыты удивительные особенности щупалец осьминога
Щупальца осьминога (по-латыни они называются tentaculi) двигаются с невероятной ловкостью, сгибаясь и скручиваясь с почти бесконечным числом степеней свободы. Новое исследование, проведенное Чикагским университетом, показало, что нервная система, управляющая движениями щупалец у осьминогов, сегментирована, что дает этим удивительным существам точный контроль над всеми восемью «конечностями» и сотнями расположенных на них присосок, позволяющих исследовать окружающую среду, захватывать несъедобные предметы и съедобную добычу и даже размножаться. У самцов осьминога одно из щупалец, называемое гектокотиль (дословно «сто присосок» по-гречески), служит для переноса сперматофоры в тело самки.
«Если вы хотите научить нервную систему контролировать все движения вашего тела, то осьминог — отличный пример, как это должно быть устроено», — убежден Клифтон Рэгсдейл, профессор нейробиологии в Калифорнийском университете и старший автор исследования.
«Мы полагаем, что эта особенность специально развилась у мягкотелых головоногих моллюсков с присосками, хотя их движение больше характерно для червей».
Работа «Сегментация нейронов в щупальцах головоногих моллюсков» была опубликована 15 января 2025 года в журнале Nature Communications.
Кэссиди Олсон, аспирантка в области вычислительной нейробиологии, руководившая исследованием, хотела проанализировать структуру АНП и ее связь с мускулатурой щупалец калифорнийского двухпятнистого осьминога (Octopus bimaculoides), небольшого головоногого моллюска, обитающего в Тихом океане у побережья Калифорнии.
Она и ее соавтор Грейс Шульц, аспирантка в области развития, регенерации и биологии стволовых клеток, пытались рассмотреть тонкие круглые поперечные срезы под микроскопом, но образцы шевелились и падали с предметных стекол. Ученым пришлось приготовить щупальце осьминога к исследованию иначе — нарезать ткань продольно, и тут им повезло больше, что привело к неожиданному открытию.
Используя клеточные маркеры и инструменты визуализации, чтобы проследить структуру и связи в АНП, они увидели, что тела нейрональных клеток собраны в столбцы, которые образуют сегменты, похожие на гофрированную трубку. Эти сегменты разделены перегородками, где нервы и кровеносные сосуды выходят к близлежащим мышцам. Нервы из нескольких сегментов соединяются с различными участками мышц, что позволяет предположить, что сегменты работают сообща, контролируя движение щупальца.
«С точки зрения технического моделирования, то лучшим способом создать систему управления для этого очень длинного и гибкого «манипулятора» было бы разделение его на короткие полуавтономные сегменты», — рассуждает Олсон. «Между сегментами должна быть какая-то связь, которая, помогла бы синхронизировать движения».
Нервы присосок также выходили из передней стенки через эти перегородки, системно соединяясь с внешним краем каждой присоски. Это указывает на то, что нервная система создает некую пространственную метку для каждой присоски.
Осьминоги могут самостоятельно двигать присосками и изменять их форму. Присоски также снабжены сенсорными рецепторами, которые позволяют осьминогу ощущать вкус и запах предметов, к которым он прикасается. Исследователи составили «карту» присосок и сенсомоторных нервов в теле осьминога.
Чтобы выяснить, является ли такое строение общим для других мягкотелых головоногих моллюсков, Олсон также изучила длинноперых прибрежных кальмаров (Doryteuthis pealeii), которые распространены в Атлантическом океане.
Если вопрос сколько щупалец у осьминога можно считать риторическим, то в отношении кальмаров дело обстоит немного иначе. У кальмара восемь щупалец с мускулами и присосками, как у осьминога, плюс два дополнительных выроста на голове. Эти выросты имеют длинное тело без присосок, с похожим на булаву утолщением на конце, у которого есть присоски и крючки. Во время охоты кальмар может далеко выбрасывать «охотничьи» щупальца и хватать ими добычу.
Используя тот же метод для изучения продольных полосок щупалец кальмара, Олсон обнаружила, что проксимальные части ловчих щупалец без присосок не сегментированы, но «булавы» на конце сегментированы так же, как у осьминога. Это говорит о том, что сегментированный АНП специально создан для управления любым типом придатков головоногих моллюсков, снабженных пищедобывающим аппаратом.
Однако у щупалец кальмара меньше сегментов в пересчете на присоску, вероятно, потому что они не используют их в качестве органов чувств, как осьминоги. Кальмары больше полагаются на свое зрение, когда охотятся в открытой воде, в то время как осьминоги рыщут по заиленному дну океана, где трудно полагаться на зрение. Они используют свои чувствительные щупальца в качестве основных инструментов для исследования окружающего пространства.
Хотя осьминоги и кальмары разделились более 270 миллионов лет назад, факт того, что им удалось оптимально адаптировать сенсорную моторику к образу жизни, доказывает, что эволюции всегда удается найти наилучшее решение.
«Организмы с такими выростами и присосками, нуждаются в специфической нервной системе», — поясняет Рэгсдейл. «Различные головоногие моллюски создали сегментарную нервную структуру, детали которой варьируются в зависимости от требований окружающей среды и сотен миллионов лет эволюции».
Недавно ученые рассказали, как спасти от вымирания акул и скатов.
