Unieke zenuwcellen die in de zuignappen van het dier worden aangetroffen, kunnen de afweerchemicaliën van prooien detecteren
Een Californische octopus met twee plekken (Octopus bimaculoides) rust in een koffiemok in een laboratorium van Harvard University. Onderzoekers hebben sensorische cellen ontdekt die anders zijn dan die van andere dieren, ingebed in octopuszuigers. Die cellen smaken bij aanraking.
Octopus-armen hebben een eigen mening.
Elk van deze acht soepele maar krachtige ledematen kan de zeebodem verkennen op zoek naar prooien, waarbij ze krabben uit schuilplaatsen grijpen zonder dat de hersenen van de octopus daar de richting van hebben. Maar hoe elke arm kan vertellen wat hij vastpakt, is een mysterie gebleven.
Nu hebben onderzoekers gespecialiseerde cellen geïdentificeerd die niet bij andere dieren zijn gezien laat octopussen met hun armen “proeven”. Deze cellen, ingebed in de zuignappen, stellen de armen in staat om een dubbele taak van aanraking en smaak te vervullen door chemicaliën te detecteren die door veel waterwezens worden geproduceerd. Dit kan een arm helpen voedsel snel te onderscheiden van rotsen of giftige prooien, melden moleculair bioloog Nicholas Bellono van de Universiteit van Harvard en zijn collega’s online op 29 oktober in Cel.
De bevindingen geven nog een aanwijzing over het unieke evolutionaire pad dat octopussen hebben afgelegd naar intelligentie. In plaats van geconcentreerd te zijn in de hersenen, wordt tweederde van de zenuwcellen in een octopus verdeeld over de armen, waardoor de flexibele aanhangsels semi-onafhankelijk kunnen werken (SN: 16-4-15).
“Er was een enorme kloof in kennis over hoe octopus [arms] eigenlijk informatie verzamelen over hun omgeving ”, zegt Tamar Gutnick, een neurobioloog die octopussen bestudeert aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem en die niet bij het onderzoek betrokken was. ‘Dat hebben we geweten [octopuses] proef door aanraking, maar het kennen en begrijpen hoe het werkelijk werkt, is iets heel anders. “
Het uitwerken van de details van hoe wapens informatie detecteren en verwerken is cruciaal voor het begrijpen van octopus-intelligentie, zegt ze. “Het is echt spannend om te zien dat iemand uitgebreid naar de betrokken celtypen kijkt” en hoe ze werken.
Bellono en zijn collega’s wisten niet wat ze zouden vinden als ze de armen van een Californische octopus met twee vlekjes (Octopus bimaculoides). Gedetailleerde beeldvorming identificeerde wat sensorische cellen leken te zijn, sommige met fijne vertakte uiteinden, aan het oppervlak van sukkels. De onderzoekers isoleerden de cellen en testten hun reactie op verschillende stimuli, zoals visextract en druk. Eén klasse cellen bleek vergelijkbaar te zijn met degene die aanraking bij verschillende dieren detecteren. Maar de cellen die op visextract reageerden, bevatten receptoren, eiwitten die specifieke stimuli detecteren, in tegenstelling tot andere dieren.
Om te bestuderen hoe deze ‘chemotactiele’ receptoren werken, hebben de onderzoekers ze met behulp van genetische hulpmiddelen in menselijke cellen en kikkercellen in het laboratorium ingebracht en ze vervolgens blootgesteld aan een verscheidenheid aan chemische verbindingen die een octopus normaal gesproken tegenkomt. Slechts één klasse van moleculen, onoplosbare terpenoïden, lokte een reactie uit bij de cellen. Terpenoïden, natuurlijke verbindingen die in de lichamen van veel zeedieren worden aangetroffen, zijn dat wel dacht dat het door sommige dieren ter verdediging werd gebruikt.
Aanvankelijk vond Bellono de bevinding enigszins vreemd, aangezien deze verbindingen niet goed oplossen. “Voor aquatische sensatie denken we meestal aan moleculen die goed door water diffunderen”, zegt hij, vergelijkbaar met hoe mensen verbindingen ruiken die door de lucht diffunderen. Maar toen besefte Bellono dat dit logisch zou kunnen zijn, gezien de manier waarop octopussen door de wereld bewegen “door alles aan te raken”.
Gespecialiseerde terpenoïde-detectoren kunnen een octopus een signaal geven om snel iets te grijpen dat hij aanraakt, zodat hij niet wegzwemt, of zich terugtrekt en blijft zoeken.
Dit speelde zich af in het laboratorium, waar octopussen in tanks normale oppervlakken zonder terpenoïden verkenden met brede, vegende armbewegingen. Maar zodra een arm een oppervlak raakte dat doordrenkt was met verschillende terpenoïden, stopte het, ofwel snel op de plek tikken en verder gaan, of onmiddellijk terugtrekken en dat deel van de tank vermijden.
Hoewel het niet duidelijk is wat dit gedrag precies inhoudt, bevestigen ze dat octopussen deze receptoren gebruiken om chemicaliën op de tast waar te nemen. “We stellen het gelijk aan smaak door aanraking, zodat we een beetje kunnen begrijpen wat het voor de octopus kan betekenen, maar het is heel anders dan onze smaak”, zegt Bellono.
Zijn laboratorium werkt al aan het identificeren van andere verbindingen die door deze sensoren worden gedetecteerd, en onderzoekt ook hoe de receptoren kunnen worden afgestemd om te reageren op verschillende soorten stimuli, afhankelijk van de context, zoals hoe hongerig de octopus is.
