Восьминоги схильні зберігати таємниці, але ми щойно дізналися, як вони досягають своєї надзвичайної спритності. Тонкий контроль, який ці майже інопланетні тварини мають над кожною зі своїх восьми щупальц, принаймні частково зводиться до сегментації ланцюга нервової системи, яка ним керує. Це відкриття дослідників з Чиказького університету допомагає нам зрозуміти дивний спосіб, у який головоногі орієнтуються у світі, і може навіть стати основою для майбутніх конструкцій м’яких роботів.
«Якщо у вас буде нервова система, яка контролює такі динамічні рухи, це хороший спосіб це налаштувати», — каже нейробіолог Кліфтон Регсдейл. «Ми вважаємо, що ця особливість спеціально розвинулась у м’якотілих головоногих молюсків із присосками для виконання цих червоподібних рухів».
Нервова система восьминога є однією з найбільш незвичайних на Землі. На відміну від інших розумних тварин, він дуже розповсюджений, значна частина його 500 мільйонів нейронів поширена по восьми щупальцам. Насправді в щупальцах знаходиться більше нейронів, ніж у голові восьминога. Їхні руки здатні приймати рішення самостійно і можуть навіть продовжувати реагувати на подразники після того, як їх відрізають. Кожен із них має більше ступенів свободи, ніж ми можемо порахувати, і будь-який із сотень його присосок, здатних «спробувати» хімічний склад середовища восьминога, здатний самостійно змінювати форму.
Нейрони в щупальцах восьминога зосереджені вздовж осьового нервового канатика, який хвилясто проходить уздовж кожної руки, з вузлами, зосередженими навколо кожної з присосок. Це здається складним і цілеспрямованим, і команда під керівництвом нейробіолога Кесседі Олсена хотіла детально вивчити його, щоб побачити, чи зможуть вони дізнатися більше про те, як він працює.
Коли вони помістили поздовжні зрізи щупальц каліфорнійського двокрапчастого восьминога (Octopus bimaculoides) під мікроскоп, вони виявили те, чого ніколи раніше не бачили. Уздовж осьового нервового канатика нейронні клітини упаковані в сегменти, розділені проміжками, званими перегородками, багатими сполучною тканиною, де виходять нерви та вени, щоб з’єднатися з м’язами поблизу.
Слідкуючи за цими зв’язками, дослідники виявили, що нерви з кількох сегментів з’єднуються з різними м’язовими областями, що свідчить про те, що сегменти працюють разом, щоб контролювати м’язи з високим ступенем точності.
Вони виявили, що нерви присосок також з’єднуються через перегородки, створюючи своєрідну нервово-просторову карту присосок і дозволяючи тонко, індивідуально контролювати кожну з них, оскільки восьминіг використовує їх, щоб відчувати навколишнє середовище через дотик.
«Думаючи про це з погляду моделювання, найкращий спосіб налаштувати систему керування для цієї дуже довгої гнучкої щупальц — це розділити її на сегменти», — каже Олсон. «Між сегментами має бути якийсь зв’язок, який, як ви можете собі уявити, допоможе згладити рухи».
Наступним кроком було спробувати з’ясувати взаємозв’язок між сегментацією осьового нервового канатика та його функцією, шукаючи подібну архітектуру в іншій групі головоногих: кальмарах. Ці тварини відокремилися від восьминогів приблизно 270 мільйонів років тому, і їхнє розташування придатків дещо інше. У кальмарів також є вісім щупальц із присосками, а також два щупальця, які не мають присосок уздовж стебла, з присосками на булавах на кінці.
Кальмари та восьминоги використовують свої кінцівки по-різному: восьминоги для дослідження, переміщення по морському дну та маніпулювання об’єктами, тоді як кальмари використовують свої кінцівки у відкритій воді, щоб хапати й утримувати здобич.
Дослідники виявили, що будова осьового нервового канатика довгоплавого прибережного кальмара (Doryteuthis pealeii) значно відрізняється від структури восьминогів. Крім того, не було сегментації в безприсосних стеблах щупалець, але сегментація нервів була виявлена в присоскових булавах. Знахідка свідчить про те, що сегментована нервова система пов’язана з контролем придатків і має вирішальне значення для тонкого, спритного контролю. Кальмарам, ймовірно, не потрібно так багато сегментів, тому що вони не використовують свої присоски для дослідження, як це роблять восьминоги.
«Організми з цими наповненими присосками придатками, які мають рухи, схожі на черв’яка, потребують правильної нервової системи», — каже Рагсдейл. «Різні головоногі молюски придумали сегментарну структуру, деталі якої змінюються відповідно до вимог навколишнього середовища та тиску сотень мільйонів років еволюції». Дослідження опубліковано в Nature Communications.