Les pieuvres ne ressemblent pas beaucoup aux humains – ce sont des invertébrés à huit bras, et as well as étroitement liés aux palourdes et aux escargots. Pourtant, ils ont développé des systèmes nerveux complexes avec autant de neurones que dans le cerveau des chiens et sont capables d’un large éventail de comportements compliqués. Aux yeux de Melina Hale, PhD, et d’autres chercheurs dans le domaine, cela signifie qu’ils offrent une excellente event d’explorer remark des structures alternate options du système nerveux peuvent remplir les mêmes fonctions de base de la feeling et du mouvement des membres.
Maintenant, dans une nouvelle étude publiée le 28 novembre dans Present-day Biology, Hale, le professeur William Rainey Harper de biologie des organismes et vice-recteur à UChicago, et ses collègues ont décrit quelque chose de nouveau et de totalement inattendu à propos du système nerveux du poulpe : une composition par laquelle le les cordons nerveux intramusculaires (INC), qui aident l’animal à sentir le mouvement de ses bras, relient les bras des côtés opposés de l’animal.
Cette découverte surprenante fournit de nouvelles informations sur la façon dont les espèces d’invertébrés ont développé indépendamment des systèmes nerveux complexes. Il peut également inspirer l’ingénierie robotique, comme les nouveaux dispositifs sous-marins autonomes.
“Dans mon laboratoire, nous étudions la mécanosensation et la proprioception – remark le mouvement et le positionnement des membres sont détectés”, a déclaré Hale. “Ces INC ont longtemps été considérés comme proprioceptifs, ils étaient donc une cible intéressante pour aider à répondre aux types de issues que notre laboratoire se pose. Jusqu’à présent, peu de travaux ont été effectués sur eux, mais des expériences passées avait indiqué qu’ils sont importants pour le contrôle des bras.”
Grâce au soutien à la recherche sur les céphalopodes offert par le Laboratoire de biologie maritime, Hale et son équipe ont pu utiliser de jeunes pieuvres pour l’étude, qui étaient suffisamment petites pour permettre aux chercheurs d’imager la base des huit bras à la fois. Cela a permis à l’équipe de tracer les INC à travers le tissu pour déterminer leur chemin.
“Ces pieuvres avaient à peu près la taille d’un nickel ou peut-être un quart, c’était donc un processus pour fixer les spécimens dans la bonne orientation et pour obtenir le bon angle pendant la coupe. [for imaging]”, a déclaré Adam Kuuspalu, analyste de recherche principal à UChicago et auteur principal de l’étude.
Au départ, l’équipe étudiait les in addition gros cordons nerveux axiaux des bras, mais a commencé à remarquer que les INC ne s’arrêtaient pas à la foundation du bras, mais continuaient plutôt hors du bras et dans le corps de l’animal. Réalisant que peu de travail avait été fait pour explorer l’anatomie des INC, ils ont commencé à tracer les nerfs, s’attendant à ce qu’ils forment un anneau dans le corps de la pieuvre, semblable aux cordons nerveux axiaux.
Grâce à l’imagerie, l’équipe a déterminé qu’en plus de parcourir la longueur de chaque bras, au moins deux des quatre INC s’étendent dans le corps de la pieuvre, où ils contournent les deux bras adjacents et fusionnent avec l’INC du troisième bras. Ce motif signifie que tous les bras sont reliés symétriquement.
Il était difficile, cependant, de déterminer comment le modèle tiendrait dans les huit bras. “Pendant que nous imaginions, nous avons réalisé qu’ils ne se réunissaient pas tous comme prévu, ils semblaient tous aller dans des directions différentes, et nous essayions de comprendre remark si le schéma tenait pour tous les bras, comment ce travail?” dit Hale. “J’ai même sorti un de ces jouets pour enfants – un Spirograph – pour jouer avec ce à quoi il ressemblerait, comment tout cela se connecterait à la fin. Il a fallu beaucoup d’imagerie et jouer avec des dessins pendant que nous nous creusions la cervelle sur ce qui pourrait se passer avant qu’il ne devienne clair comment tout cela s’emboîte.”
Les résultats n’étaient pas du tout ce que les chercheurs espéraient trouver.
“Nous pensons qu’il s’agit d’une nouvelle conception pour un système nerveux basé sur les membres”, a déclaré Hale. “Nous n’avons rien vu de tel chez d’autres animaux.”
Les chercheurs ne savent pas encore à quoi pourrait servir cette conception anatomique, mais ils ont quelques idées. “Certains journaux moreover anciens ont partagé des idées intéressantes”, a déclaré Hale. “Une étude des années 1950 a montré que lorsque vous manipulez un bras d’un côté de la pieuvre avec des zones cérébrales lésées, vous verrez les bras répondre de l’autre côté. Il se pourrait donc que ces nerfs permettent un contrôle décentralisé d’un réflexe Cela dit, nous voyons également que les fibres sortent des cordons nerveux dans les muscle tissue tout au long de leurs voies, de sorte qu’elles pourraient également permettre une continuité de la rétroaction proprioceptive et du contrôle moteur sur toute leur longueur.
L’équipe mène actuellement des expériences pour voir si elle peut mieux comprendre cette query en analysant la physiologie des INC et leur disposition distinctive. Ils étudient également les systèmes nerveux d’autres céphalopodes, y compris les calmars et les seiches, pour voir s’ils partagent une anatomie similaire.
En fin de compte, Hale pense qu’en furthermore d’éclairer les façons inattendues dont une espèce d’invertébré pourrait concevoir un système nerveux, la compréhension de ces systèmes peut aider au développement de nouvelles systems d’ingénierie, telles que les robots.
“Les pieuvres peuvent être une source d’inspiration biologique pour la conception d’appareils sous-marins autonomes”, a déclaré Hale. “Pensez à leurs bras – ils peuvent se plier n’importe où, pas seulement au niveau des articulations. Ils peuvent se tordre, étendre leurs bras et actionner leurs ventouses, le tout indépendamment. La fonction d’un bras de pieuvre est beaucoup additionally sophistiquée que la nôtre, alors comprenez comment les pieuvres intègrent des informations motrices sensorielles et le contrôle des mouvements peut soutenir le développement de nouvelles systems.”
L’étude, “Plusieurs cordons nerveux relient les bras de la pieuvre, fournissant des voies possibilities pour la signalisation inter-bras”, a été soutenue par l’US Place of work of Naval Investigation (N00014-22-1-2208). Samantha Cody de l’Université de Chicago était également l’un des auteurs de l’article.