Ośmiornica nie ma dziewięciu mózgów. Dwie trzecie jej neuronów leży w ramionach

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

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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