Inktvissen zijn intelligente dieren. Ze hebben een groot en complex zenuwstelsel en de meest complexe hersenen van alle ongewervelden. Hoe ze die grote hersenen krijgen, is niet zo duidelijk. Een team van de Harvard University heeft nu een tip van de sluier opgelicht en vastgesteld dat het proces waardoor de hersenen gevormd worden, verrassend goed lijkt op dat bij de gewervelde dieren.
Cephalopoda - de klasse van de koppotigen of inktvissen waartoe onder meer de octopussen, pijlinktvissen en zeekatten of sepia's behoren - kunnen verwonderlijk gedrag vertonen. Ze kunnen snel informatie verwerken om op te gaan in hun omgeving door hun vorm, hun kleur en zelfs de textuur van hun huid te veranderen.
Ze kunnen ook communiceren, zaken aanleren en ze gebruiken werktuigen om problemen op te lossen. Ze zijn zelfs zo slim dat ze zich kunnen vervelen.
Het is geen geheim wat dat mogelijk maakt: inktvissen hebben de meest complexe hersenen van alle ongewervelden te wereld. Wat echter wel een raadsel blijft, is het proces waardoor die hersenen zich ontwikkelen. In essentie vragen wetenschappers zich al lang af hoe inktvissen die grote hersenen krijgen.
Twee derde van het centrale verwerkingsweefsel voor informatie - het zenuwstelsel - is bij inktvissen toegespitst op het visuele systeem en een onderzoekslaboratorium aan de Harvard University dat dit systeem bij deze dieren bestudeert, denkt dat het dicht bij een antwoord op die vraag staat. Het proces ziet er verrassend vertrouwd uit, zo zeggen de onderzoekers.
Verrassende bevindingen
In hun studie beschrijven de onderzoekers van het FAS Center for Systems Biology van Harvard hoe ze een nieuwe live-beeldvormingstechniek gebruikt hebben om neuronen die gecreëerd werden in een inktvis-embryo, bijna in real time te bekijken.
Vervolgens konden ze die zenuwcellen ook volgen tijdens de ontwikkeling van het zenuwstelsel in het netvlies. En wat ze zagen, was verrassend.
De neurale stamcellen die ze opvolgden, gedroegen zich op een manier die griezelig gelijkaardig was aan de manier waarop deze cellen zich gedragen bij gewervelde dieren tijdens de ontwikkeling van hun zenuwstelsel.
Dat suggereert dat gewervelden en koppotigen, ondanks het feit dat ze 500 miljoen jaar geleden van elkaar afgesplitst zijn, niet alleen gelijkaardige mechanismes gebruiken om hun grote hersenen te maken, maar ook dat dit proces en de manier waarop de cellen zich gedragen, zich delen en gevormd zijn, in essentie de blauwdruk kan zijn die nodig is om dit soort van zenuwstelsel te ontwikkelen.
"Onze conclusies waren verrassend, omdat lang gedacht werd dat veel van wat we weten over de ontwikkeling van het zenuwstelsel bij gewervelden, eigen was aan die afstammingslijn", zei Kristen Loenig, een bijzonder onderzoeker aan Harvard en de senior auteur van de studie.
"Het feit dat we zagen dat het proces zeer gelijkaardig is, suggereert ons dat deze twee onafhankelijk geëvolueerde, zeer grote zenuwstelsels dezelfde mechanismes gebruiken om zich op te bouwen. Dat wijst erop dat die mechanismes - die instrumenten - die de dieren gebruiken tijdens hun ontwikkeling, belangrijk kunnen zijn voor het bouwen van grote zenuwstelsels."
Meerrijig epitheel
De onderzoekers van het laboratorium van Koenig spitsten zich toe op het netvlies van embryo's van een pijlinktvis die Doryteuthis pealeii genoemd wordt en in het Engels 'longfin inshore squid' heet. De pijlinktvis wordt zowat 30 cm lang en komt veel voor in het noordwesten van de Atlantische Oceaan. Als embryo ziet hij er schattig uit, met een grote kop en grote ogen (zie foto bovenaan).
De onderzoekers gebruikten technieken die gelijkaardig waren aan de technieken die populair geworden zijn in het onderzoek van modelorganismen, zoals fruitvliegen en zebravissen. Ze maakten speciale instrumenten en gebruikten geavanceerde microscopen die urenlang elke 10 minuten hogeresolutiebeelden konden maken, om na te gaan hoe individuele cellen zich gedroegen. De onderzoekers gebruikten fluorescerende kleurstoffen om de cellen te markeren zodat ze die in kaart konden brengen en opvolgen.
Die live-beeldvormingstechniek liet het team toe om cellen te observeren die neurale progenitoren - voorlopers - genoemd worden en na te gaan hoe die cellen georganiseerd zijn. Die cellen vormen een speciaal soort structuur die een meerrijig of pseudogestratificeerd epitheel genoemd wordt.
Het belangrijkste kenmerk van dit epitheel - een soort eenlagig dekweefsel - is dat de cellen uitgerekt zijn, zodat ze dicht in elkaar gepakt kunnen zitten. De onderzoekers zagen ook dat de kern van deze structuren op en neer bewoog voor en na het splitsen. Die beweging is belangrijk om het weefsel georganiseerd te houden en de groei te laten voortduren, zo zeiden ze.
Dit type van structuur is universeel bij de ontwikkeling van de hersenen en ogen bij de gewervelde diersoorten. Historisch werd het beschouwd als een van de factoren die maken dat het zenuwstelsel van gewervelden zo groot en complex is kunnen worden.
Wetenschappers hebben voorbeelden van dit soort van neuraal epitheel waargenomen bij andere dieren, maar het weefsel van de pijlinktvissen dat ze in dit geval onderzochten, was ongewoon gelijkaardig aan de weefsels van gewervelden op het vlak van grootte, organisatie en de manier waarop de kern bewoog.
Verschillende celtypes
Het labo wil nu bekijken hoe verschillende celtypes verschijnen in de hersenen van inktvissen. Koenig wil ontdekken of ze op verschillende tijdstippen tot expressie komen, hoe ze beslissen om één soort zenuwcel te worden en niet een andere en of dit proces hetzelfde is bij verschillende soorten.
Ze is opgewonden over de potentiële ontdekkingen die in het verschiet liggen.
"Een van de belangrijke leerpunten uit dit soort werk is hoe waardevol het is de diversiteit van het leven te bestuderen", zei Koenig. "Door deze diversiteit te bestuderen, kan je daadwerkelijk echt terugkomen naar fundamentele ideeën over zelfs onze eigen ontwikkeling en naar voor ons relevante biomedische vragen. Je kunt die vragen echt aanpakken."
De studie van het team is gepubliceerd in . Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van Harvard University.
