Zinātnieki atklāj “pilnīgi jaunu veidu, kā veidot nervu sistēmu”

Šis revolucionārais atklājums sniedz jaunu ieskatu sarežģītu nervu sistēmu evolūcijā bezmugurkaulnieku sugās, un tam ir potenciāls iedvesmot autonomu zemūdens ierīču izstrādi un citus robotikas inženierijas jauninājumus.

Astoņkāji nav kā cilvēki – tie ir bezmugurkaulnieki ar astoņām rokām un cieši saistīti ar gliemenēm un gliemežiem. Neskatoties uz to, viņi ir attīstījuši sarežģītas nervu sistēmas ar tikpat daudz neironu kā suņu smadzenēm, kas viņiem ir ļāvis parādīt plašu sarežģītu uzvedību klāstu.

Tas padara to par interesantu tēmu tādiem pētniekiem kā Ph.D. Melina Hill, organismu bioloģijas profesors Viljams Renijs Hārpers un universitātes vicekanclers plkst. Čikāgas Universitātekuri vēlas saprast, kā alternatīvas nervu sistēmas struktūras var veikt tādas pašas funkcijas kā cilvēkiem, piemēram, uztvert ekstremitāšu kustības un kontrolēt kustības.

Nesenā pētījumā, kas publicēts Pašreizējā bioloģijaPēc tam Hila un viņas kolēģi atklāja pārsteidzošu jaunu astoņkāju nervu sistēmas iezīmi: struktūru, kas ļauj neiromuskulāriem auklām (INC), kas palīdz astoņkājiem sajust roku kustību, savienoties ar rokām abās dzīvnieka pusēs.

Pārsteidzošais atklājums sniedz jaunu ieskatu par to, kā bezmugurkaulnieku sugas neatkarīgi attīstīja sarežģītas neironu sugas. Tas varētu arī sniegt iedvesmu robotu inženierijai, piemēram, jaunām autonomām zemūdens ierīcēm.

Astoņkājis šķērso dzīvnieka ķermeni

Horizontāla šķēle roku pamatnē (apzīmēta ar A), kas parāda labiālo INC konverģenci un krustojumu (apzīmēts ar O). Kredīts: Kuuspalu et al. , Pašreizējā bioloģija2022. gads

“Manā laboratorijā mēs pētām mehanosensāciju un propriocepciju – kā tiek uztverta ekstremitāšu kustība un pozīcija,” sacīja Hils. “Jau sen tiek uzskatīts, ka šie INC ir sensori, tāpēc tie ir bijis interesants mērķis, lai palīdzētu atbildēt uz mūsu laboratorijas uzdotajiem jautājumiem. Līdz šim ar tiem nav daudz strādāts, taču iepriekšējie eksperimenti liecina, ka tie ir svarīgi roku kontrolei.”

Pateicoties Jūras bioloģiskās laboratorijas sniegtajam galvkāju pētniecības atbalstam, Hila un viņas komanda varēja izmantot astoņkāju mazuļus pētījumam, kas bija pietiekami mazs, lai pētnieki varētu attēlot astoņu roku pamatni vienlaikus. Tas ļauj komandai izsekot INC caur audiem, lai noteiktu to trajektoriju.

“Šie astoņkāji bija apmēram niķeļa vai varbūt ceturtdaļas lielumā, tāpēc tas bija process, kurā paraugi tika salīmēti pareizajā virzienā un griešanas laikā iegūts pareizais leņķis [for imaging]teica Adam Koospalo, UChicago vecākais pētniecības analītiķis un pētījuma galvenais autors.

Sākotnēji komanda pētīja lielākās aksonu nervu auklas rokās, taču sāka pamanīt, ka INC neapstājas pie rokas pamatnes, bet gan turpinājās ārpus rokas dzīvnieka ķermenī. Saprotot, ka INC anatomijas izpētē ir paveikts maz darba, viņi sāka izsekot nerviem, sagaidot, ka tie astoņkāja ķermenī veidos cilpu, kas ir līdzīga aksonu nervu auklām.

Izmantojot attēlveidošanu, komanda noteica, ka papildus katras rokas garumam vismaz divi no četriem INC sniedzas astoņkāja ķermenī, kur tie apiet blakus esošās rokas un savienojas ar trešās rokas INC. Šis modelis nozīmē, ka visas rokas ir savienotas simetriski.

Tomēr bija grūti pateikt, kā modelis saglabāsies visās astoņās rokās. “Filmēšanas laikā mēs sapratām, ka viņi visi nesanāk, kā mēs gaidījām, viņi visi virzās dažādos virzienos, un mēs mēģinājām izdomāt, kā tas notiek, ja modelis ir konsekvents visām rokām. strādāt?” Hill teica. “Es pat paņēmu līdzi vienu no šīm bērnu rotaļlietām — Spirogrāfu —, lai paspēlētos ar to, kā tas izskatīsies un kā viss galu galā savienosies. Bija nepieciešams daudz filmēšanas un spēlēšanās ar grafiku, kamēr mēs domājām par to, kas varētu notikt, pirms kļuva skaidrs, kā tas viss sader kopā.

Rezultāti nepavisam nebija tādi, kādus pētnieki cerēja atrast.

“Mēs domājam, ka tas ir jauns uz ekstremitātēm balstīts nervu sistēmas dizains,” sacīja Hill. “Mēs neko tādu neesam redzējuši citos dzīvniekos.”

Pētnieki vēl nezina, kādai funkcijai šis anatomiskais dizains varētu kalpot, taču viņiem ir dažas idejas.

“Daži no vecākiem pētniecības dokumentiem ir dalījušies ar interesantām atziņām,” sacīja Hill. Viens 1950. gadu pētījums parādīja, ka, manipulējot ar roku astoņkāja vienā pusē ar bojātiem smadzeņu reģioniem, jūs redzēsiet, kā rokas reaģē otrā pusē. Tāpēc šie nervi varētu ļaut decentralizēti kontrolēt refleksīvo reakciju vai uzvedību. Tomēr mēs arī redzam, ka šķiedras iziet no nervu saitēm muskuļos gar to traktiem, tāpēc tās var arī nodrošināt alerģisku reakciju nepārtrauktību un motora kontroli visā to garumā. “

Komanda pašlaik veic eksperimentus, lai noskaidrotu, vai viņi var gūt ieskatu šajā jautājumā, analizējot INC fizioloģiju un to unikālo dizainu. Viņi arī pēta citu galvkāju, tostarp sēpiju un sēpiju, nervu sistēmu, lai noskaidrotu, vai tiem ir līdzīga anatomija.

Galu galā Hils uzskata, ka papildus tam, ka bezmugurkaulnieku sugas var konstruēt nervu sistēmu, tā var palīdzēt izstrādāt jaunas inženiertehniskās tehnoloģijas, piemēram, robotiku.

“Astoņkāji varētu būt bioloģisks iedvesmas avots autonomu ierīču projektēšanai zem jūras,” sacīja Hill. “Padomājiet par viņu rokām — viņi var saliekties jebkurā vietā, ne tikai locītavās. Viņi var griezt un izstiept rokas un darbināt piesūcekņus neatkarīgi. Astoņkāja rokas funkcija ir daudz sarežģītāka nekā mūsu, tāpēc ir jāsaprot, kā astoņkāji integrējas. sensoromotoru informāciju un kontrolēt to Kustība var atbalstīt jaunu tehnoloģiju attīstību.

Atsauce: “Vairākas nervu auklas savieno astoņkāju rokas, nodrošinot alternatīvus signālus starp rokām” Adam Koospalo, Samanta Kudija un Melīna E. Hila, 2022. gada 28. novembris, pieejams šeit. Pašreizējā bioloģija.
DOI: 10.1016/j.cub.2022.11.007

Pētījumu finansēja Amerikas Savienoto Valstu Jūras spēku pētniecības birojs.

READ  5 pārsteidzoši Malai (piena krējuma) ieguvumi veselībai, kas jums jāzina pirms to izmešanas

Angelica Johnson

"Tīmekļa praktizētājs. Sašutinoši pazemīgs ēdiena entuziasts. Lepns twitter advokāts. Pētnieks."

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *

Back to top