中國航空報訊：八爪魚與人類不同，它們是有八條手臂的無脊椎動物，與蛤蜊和蝸牛的關系更為密切。盡管如此，它們已經進化出復雜的神經系統(tǒng)，其神經元數量與狗的大腦一樣多，使它們能夠表現出廣泛的復雜行為。這使得它們成為像芝加哥大學威廉·雷尼·哈珀生物學教授和副教務長梅琳娜·希爾博士這樣的研究人員感興趣的課題，他們想了解替代性神經系統(tǒng)結構如何能夠執(zhí)行與人類相同的功能，如感知肢體運動和控制運動。

在最近發(fā)表在《當代生物學》上的一項研究中，希爾和她的同事們發(fā)現了章魚神經系統(tǒng)的一個新的和令人驚訝的特征：一種結構幫助章魚感知其腕足運動的肌肉內神經索（INCs）能夠連接動物的相對兩側的腕足。

這一驚人的發(fā)現為無脊椎動物物種如何獨立進化出復雜的神經系統(tǒng)提供了新的見解。它還可以為機器人工程提供靈感，如新的自主水下設備。

(資料圖)

“在我的實驗室里，我們研究機械感覺和本體感覺——四肢的運動和定位是如何被感知的。”希爾說，“這些INCs長期以來一直被認為是本體感覺，所以它們是一個有趣的目標，有助于回答我們實驗室正在問的各種問題。到目前為止，還沒有關于它們的大量工作，但過去的實驗表明，它們對腕足控制很重要。”

由于海洋生物實驗室對頭足類動物研究的支持，希爾和她的團隊能夠使用年輕的章魚進行研究，這些章魚足夠小，使研究人員能夠同時對所有八個腕足的底部進行成像。這使研究小組能夠通過組織追蹤INCs，以確定其路徑。

芝加哥大學高級研究分析員、該研究的主要作者Adam Kuuspalu說：“這些章魚大約有硬幣大小，所以在正確的方向上粘貼標本，并在切片成像時獲得正確的角度是一個必需的過程。”

最初，研究小組正在研究腕足中較大的軸向神經線，但開始注意到INCs并沒有在腕足的底部停止，而是繼續(xù)從腕足中出來，進入動物的身體。讓他們意識到在探索INCs的解剖學方面所做的工作很少，他們開始追蹤這些神經，期望它們在章魚體內形成一個環(huán)，類似于軸向神經索。

通過成像，研究小組確定，除了貫穿每條腕足的長度外，四條INCs中至少有兩條延伸到章魚體內，在那里它們繞過相鄰的兩條腕足，與第三條腕足的INCs合并。這種模式意味著所有的腕足都是對稱連接的。

然而，要確定該模式如何在所有八個腕足中保持，這是一個挑戰(zhàn)。“當我們在成像時，我們意識到，它們并不像我們預期的那樣都在一起，它們似乎都在向不同的方向發(fā)展，我們試圖弄清楚，如果這個模式在所有的腕足上都成立，那將如何運作？”希爾說。“我甚至拿出了那種兒童玩具——萬花尺觀察它最后會如何連接。在我們絞盡腦汁思考可能發(fā)生的事情時，我們花了很多時間進行成像和畫圖，然后才清楚這一切是如何結合在一起的。”

結果完全不是研究人員所期望的那樣。

“我們認為這是一個基于肢體的神經系統(tǒng)的新設計，”Hale說，“我們還沒有在其他動物身上看到過這樣的東西。”

研究人員還不知道這種解剖學設計可能有什么功能，但他們有一些想法。

“一些較早的論文分享了有趣的見解，”希爾說，“20世紀50年代的一項研究表明，當你操縱大腦區(qū)域受損的章魚一側的腕足時，你會看到另一側的腕足有反應。因此，可能是這些神經允許對反射性反應或行為進行分散控制。也就是說，我們還看到，纖維從神經索出去，沿著它們的通道進入肌肉，所以它們也可能允許沿其長度的本體感覺反饋和運動控制的連續(xù)性。”

該團隊目前正在進行實驗，看看他們是否能通過解析INCs的生理學和它們的獨特布局來深入了解這個問題。他們還在研究其他頭足類動物的神經系統(tǒng)，包括烏賊和墨魚，看看它們是否有類似的解剖結構。

最終，希爾認為，除了闡明一個無脊椎動物物種可能涉及神經系統(tǒng)的意外方式外，了解這些系統(tǒng)可以幫助開發(fā)新的工程技術，如機器人。

“八爪魚可以成為設計自主海底設備的生物靈感，”希爾說，“觀察它們的腕足——它們可以在任何地方彎曲，而不僅僅是關節(jié)處。它們可以扭動，伸展腕足，并操作它們的吸盤，所有這些都是獨立的。章魚腕足的功能比我們的要復雜得多，所以了解章魚如何整合感覺-運動信息和運動控制可以支持新技術的發(fā)展。”

關鍵詞： 神經系統(tǒng)