Ośmiornica zwyczajna ma około pół miliarda komórek nerwowych. W mózgu leży tylko jedna trzecia z nich. Reszta należy do ramion, a każde ramię ma własny sznur nerwowy biegnący przez całą jego długość. Stąd bierze się zdanie o dziewięciu mózgach. Nie jest dosłownie prawdziwe, ale nie jest też wymysłem, bo ramię odcięte od ciała naprawdę potrafi sięgnąć.
Jeden mózg i osiem sznurów nerwowych
Mózg ośmiornicy leży między oczami, w pierścieniu wokół przełyku, czyli tam, gdzie można się go spodziewać u zwierzęcia z dużymi oczami. Po jego bokach siedzą dwa okazałe płaty wzrokowe, a do każdego ramienia odchodzi nerw łączący je z resztą ciała. W samym ramieniu biegnie jednak coś więcej niż wiązka przewodów. To sznur nerwowy osiowy, ciągnący się od nasady do końca ramienia, z własnymi zwojami i splotem włókien, pełniący funkcję podobną do rdzenia kręgowego. Do tego dochodzą cztery cieńsze sznury w mięśniach i zwój przy każdej przyssawce [1].
Ta gęsta sieć pod skórą jest powodem, dla którego mówi się o mózgu w każdym ramieniu. Anatomicznie to nadużycie. Sznur nerwowy nie jest osobnym mózgiem, tylko lokalnym centrum obsługi ruchu i czucia, ale jego możliwości są większe, niż podpowiada intuicja.
Pół miliarda neuronów, podzielone nierówno
Liczby robią wrażenie. W mózgu centralnym jest około 40 milionów neuronów, w płatach wzrokowych około 130 milionów, a w sznurach nerwowych wszystkich ośmiu ramion około 350 milionów. Same płaty wzrokowe mają więc, według tego samego zestawienia, prawie dwa razy więcej neuronów niż cały mózg myszy, a ramiona mieszczą około dwóch trzecich całej puli, która sumuje się do mniej więcej pół miliarda komórek [2]. Na jedno ramię wypada średnio ponad 40 milionów, czyli więcej niż w mózgu centralnym.
Te szacunki pochodzą z klasycznych prac Younga z lat 60. i 70. i wciąż są podstawą opisów układu nerwowego ośmiornicy. Dotyczą jednego gatunku, ośmiornicy zwyczajnej, i są przybliżeniem, a nie precyzyjnym spisem komórek. U innych ośmiornic proporcje mogą się różnić, co zresztą widać w badaniach opisanych niżej.
Ramię odcięte od mózgu nadal sięga
Kluczowe doświadczenia zaczęły się od pytania, ile w ruchu ramienia jest decyzji mózgu, a ile lokalnego programu. Okazało się, że ramię pozbawione połączenia z mózgiem reaguje na krótki ciąg bodźców elektrycznych albo mechanicznych wyprostowaniem i wyciągnięciem, a tor tego ruchu jest niemal identyczny z ruchem zdrowego zwierzęcia sięgającego po pokarm [3]. Podstawowy program sięgania jest więc zapisany w obwodowym układzie nerwowym ramienia, a nie w mózgu.
To odpowiada na problem, przed którym stoi zwierzę o miękkim ciele. Ośmiornica nie ma kości ani stałej liczby stawów, więc planowanie ruchu we współrzędnych ciała byłoby koszmarem. Zamiast tego sięganie działa jak wędrujące zgięcie połączone z wydłużaniem bliższego odcinka ramienia, czyli kilka parametrów zamiast setek. Wyższe ośrodki ruchowe w mózgu nie liczą każdego centymetra drogi. Włączają gotowy program i skalują go, korygując na podstawie wzroku i dotyku.
Podobnie wygląda chwyt. Ramiona zginają się tak, jakby miały łokieć, ale ten łokieć powstaje od nowa przy każdym ruchu, a jego położenie wyznaczają dwie fale skurczu: jedna biegnie od miejsca kontaktu z pokarmem, druga od nasady. Zginają się tam, gdzie się spotkają, więc ramię samo wyznacza punkt zgięcia, zamiast pytać o nie mózgu.
Ramiona rozmawiają ze sobą bez mózgu
Skoro ramię ma własny program ruchu, czy ośmiornica musi angażować mózg, żeby ramiona się nie plątały? Częściowo nie. Zespół z Uniwersytetu Chicagowskiego przygotował układ złożony tylko z ramion i pierścienia nerwowego, który łączy je u nasady, po odcięciu całej tkanki nerwowej powyżej nerwów ramiennych. Gdy dotykano jednego ramienia, sygnały pojawiały się najpierw w jego sznurze, potem w pierścieniu, a stamtąd w ramionach sąsiednich, także po drugiej stronie ciała. Przy sąsiednim ramieniu odpowiedź występowała w prawie 87 procent prób, przy ramieniu trzy pozycje dalej już tylko w 13 procentach. Przecięcie odcinka pierścienia odcinało przekaz po drugiej stronie [4].
To doświadczenie ma granice. Prowadzono je na ośmiornicy dwuplamej (Octopus bimaculoides), na tkance poza organizmem, więc pokazuje możliwości połączeń, a nie zachowanie zwierzęcia. W tym przygotowaniu nie znaleziono też generatora rytmu, który sam napędzałby chodzenie, a wcześniejsze próby pokazywały, że bez mózgu ośmiornica nie chodzi w zorganizowany sposób.
Przyssawka smakuje dotykiem
Ośmiornica nie widzi tego, co siedzi w szczelinie, więc bada ją ramieniem. Przyssawki są narządem smaku działającym przez kontakt. W ich nabłonku leżą osobne komórki czuciowe reagujące na dotyk i osobne reagujące na związki chemiczne, a te drugie mają receptory charakterystyczne tylko dla głowonogów. Wychwytują słabo rozpuszczalne terpenoidy, które wydzielają ofiary, i na tym opiera się miejscowe odsiewanie bodźców. W doświadczeniu z krabem za ścianką z otworem ośmiornica badała ramieniem wnętrze, chwytała, gdy przyssawki trafiły na pokarm, a gdy trafiały na coś innego, krótko sprawdzała i szła dalej [5]. Część decyzji zapada w ramieniu, bez czekania na odpowiedź z góry.
Co mimo tego robi mózg
Gdyby ramiona były w pełni samodzielne, ośmiornica byłaby ośmioma zwierzętami w jednym worku. W 2020 roku międzynarodowy zespół pokazał, że mózg korzysta z danych z pojedynczego ramienia. Ośmiornice uczyły się w labiryncie, w którym mogły użyć tylko jednego ramienia, i musiały wybrać jedno z dwóch wyjść na podstawie tego, co ramię wymacało. Do rozwiązania zadania mózg musiał więc użyć informacji z ramienia, zarówno o jego ruchu, jak i o dotyku. Autorzy podsumowali wynik ostrożnie: ramiona mają dużą zdolność działania niezależnie, ale podlegają kontroli centralnej, co pozwala działać całemu zwierzęciu [6].
Mózg wchodzi też wtedy, gdy trzeba coś odrzucić. W starszych doświadczeniach ośmiornica z uszkodzonym dolnym układem czołowym nie odróżniała pokarmu od przedmiotu samym dotykiem, a jej przyssawki stawały się lepkie i nie chciały puszczać. Skoro uszkodzenie jednego obszaru mózgu zmienia zachowanie przyssawek, to mózg raczej je hamuje, niż steruje nimi na co dzień.
Jest jeszcze jedna różnica wobec kręgowców. W mózgu ośmiornicy wyższe ośrodki ruchowe nie mają mapy ciała: pobudzenie jednego punktu wywołuje skoordynowany ruch całego zestawu ramion, a nie drgnięcie jednej kończyny. To pasuje do podziału pracy, w którym mózg wybiera cel i wielkość ruchu, a ramiona rozwiązują geometrię.
Otwarte zostaje pytanie o czucie ułożenia ciała. Nie wiadomo dokładnie, skąd ramię bierze informację o własnym położeniu ani jak trafia ona do mózgu, a część badaczy wątpiła, czy dociera tam w ogóle. Bez tego nie da się rozstrzygnąć, ile mózg naprawdę wie o tym, co robią jego ramiona.
Dziewięć mózgów to więc złe słowo na coś, co naprawdę istnieje. Ośmiornica ma jeden mózg i osiem ramion, z których każde dysponuje średnio większą liczbą neuronów niż mózg centralny, a mimo to nie decyduje, po co sięga. Mózg wybiera cel, ramiona wykonują ruch i odsiewają większość bodźców, a granica między jednym a drugim jest płynna, słabo zbadana i znacznie ciekawsza niż liczba mózgów.
Źródła
- C. S. Olson, C. W. Ragsdale, „Toward an Understanding of Octopus Arm Motor Control”, Integrative and Comparative Biology 63(6), 2023, s. 1277-1284. https://doi.org/10.1093/icb/icad069
- G. Levy, B. Hochner, „Embodied Organization of Octopus vulgaris Morphology, Vision, and Locomotion”, Frontiers in Physiology 8, 2017. https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00164
- G. Sumbre, Y. Gutfreund, G. Fiorito, T. Flash, B. Hochner, „Control of octopus arm extension by a peripheral motor program”, Science 293, 2001, s. 1845-1848. https://doi.org/10.1126/science.1060976
- W. Chang, M. E. Hale, „Mechanosensory signal transmission in the arms and the nerve ring, an interarm connective, of Octopus bimaculoides”, iScience 26(5), 2023. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106722
- L. van Giesen, P. B. Kilian, C. A. H. Allard, N. W. Bellono, „Molecular Basis of Chemotactile Sensation in Octopus”, Cell, 2020. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.008
- T. Gutnick, L. Zullo, B. Hochner, M. J. Kuba, „Use of Peripheral Sensory Information for Central Nervous Control of Arm Movement by Octopus vulgaris”, Current Biology 30, 2020. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.08.037
- Zdjęcie: Diego Delso, „Pulpo común (Octopus vulgaris), Parque natural de la Arrábida, Portugal”, 2020, Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/). Zmiany: kadr do proporcji 16:9 i zmniejszenie do 1200×675, na tej samej licencji. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pulpo_com%C3%BAn_(Octopus_vulgaris),_Parque_natural_de_la_Arr%C3%A1bida,_Portugal,_2020-07-31,_DD_108.jpg