Bagaimana cumi-cumi dan gurita mendapatkan otak besar mereka?

Ringkasan: Sel induk saraf cephalopoda berfungsi dengan cara yang mirip dengan vertebrata selama perkembangan sistem saraf.

sumber: Harvard

Cephalopoda—termasuk gurita, sotong, dan sepupu sotongnya—mampu melakukan beberapa perilaku yang sangat menarik. Mereka dapat dengan cepat memproses informasi untuk mengubah bentuk, warna, dan bahkan tekstur, dan memadukannya dengan lingkungan sekitarnya. Mereka juga dapat berkomunikasi, menunjukkan tanda-tanda pembelajaran spasial, dan menggunakan alat untuk memecahkan masalah. Mereka sangat pintar, dan bahkan bisa bosan.

Bukan rahasia lagi apa yang memungkinkan hal ini: cephalopoda memiliki otak paling kompleks dari semua invertebrata di planet ini. Namun yang masih menjadi misteri adalah prosesnya. Pada dasarnya, para ilmuwan telah lama bertanya-tanya bagaimana cephalopoda mendapatkan otak besar mereka?

Laboratorium Harvard yang mempelajari sistem visual makhluk bertubuh lunak ini — di mana dua pertiga jaringan pemrosesan pusat terkonsentrasi — mengira mereka hampir menemukannya. Mereka mengatakan prosesnya terdengar sangat akrab.

Para peneliti dari FAS Center for Systems Biology menjelaskan bagaimana mereka menggunakan teknologi pencitraan langsung baru untuk melihat neuron yang dibuat dalam embrio hampir secara real time. Kemudian mereka dapat melacak sel-sel itu melalui perkembangan sistem saraf di retina. Apa yang mereka lihat mengejutkan mereka.

Sel induk saraf yang mereka lacak berperilaku menakutkan dengan cara sel-sel ini berperilaku pada vertebrata saat sistem saraf mereka berevolusi.

Disarankan bahwa vertebrata dan cephalopoda, meskipun berbeda satu sama lain 500 juta tahun yang lalu, tidak hanya menggunakan mekanisme serupa untuk membuat otak besar mereka, tetapi proses dan cara sel berfungsi, membelah, dan membentuk secara mendasar dapat melukiskan cetak biru yang diperlukan untuk mengembangkan tipe ini. dari sistem saraf.

“Kesimpulan kami mengejutkan karena banyak dari apa yang kami ketahui tentang perkembangan sistem saraf pada vertebrata telah lama dianggap aneh pada garis keturunan ini,” kata Christine Koenig, rekan senior di Universitas Harvard dan penulis senior studi tersebut.

“Dengan memperhatikan fakta bahwa prosesnya sangat mirip, apa yang dia sarankan kepada kita adalah bahwa kedua sistem ini secara independen telah mengembangkan dua sistem saraf yang sangat besar yang menggunakan mekanisme yang sama dalam konstruksinya. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme itu – alat itu – yang digunakan hewan selama evolusi mungkin penting untuk membangun sistem saraf yang besar.”

Para ilmuwan dari Laboratorium Koenig memfokuskan pada retina sotong bernama Doryteuthis pealeii, lebih dikenal sebagai jenis cumi-cumi sirip panjang. Cumi-cumi tumbuh hampir satu kaki panjangnya dan berlimpah di Samudra Atlantik Barat Laut. Sebagai janin, mereka terlihat sangat cantik dengan kepala besar dan mata besar.

Para peneliti menggunakan teknik yang mirip dengan yang telah menyebar untuk mempelajari organisme model, seperti lalat buah dan ikan zebra. Mereka menciptakan alat khusus dan menggunakan mikroskop canggih yang dapat mengambil gambar resolusi tinggi setiap sepuluh menit selama berjam-jam untuk melihat bagaimana sel-sel individu berperilaku. Para peneliti menggunakan pewarna fluoresen untuk menandai sel sehingga mereka dapat memetakan dan melacaknya.

Teknologi pencitraan langsung ini memungkinkan tim untuk memantau sel induk yang disebut sel progenitor saraf dan bagaimana mereka diatur. Sel-sel membentuk jenis struktur khusus yang disebut epitel berlapis semu. Keuntungan utamanya adalah selnya memanjang sehingga bisa padat.

Para peneliti juga melihat bahwa inti dari struktur ini bergerak ke atas dan ke bawah sebelum dan sesudah mitosis. Gerakan ini penting untuk menjaga jaringan tetap teratur dan untuk pertumbuhan yang berkelanjutan, kata mereka.

Jenis struktur ini bersifat universal dalam cara spesies vertebrata mengembangkan otak dan mata mereka. Secara historis, itu dianggap sebagai salah satu alasan mengapa sistem saraf vertebrata tumbuh begitu besar dan kompleks. Para ilmuwan telah mengamati contoh jenis neuroepithelium ini pada hewan lain, tetapi jaringan cumi-cumi yang mereka lihat dalam kasus ini sangat mirip dengan vertebrata dalam ukuran, organisasi, dan cara memindahkan nukleusnya.

Penelitian ini dipimpin oleh Francesca R. Naples dan Christina M. Daly, asisten peneliti di lab Koenig.

Selanjutnya, laboratorium berencana untuk melihat bagaimana berbagai jenis sel muncul di otak cephalopoda. Koenig ingin menentukan apakah itu diekspresikan pada waktu yang berbeda, bagaimana mereka memutuskan untuk menjadi satu jenis neuron versus yang lain, dan apakah tindakan ini serupa di seluruh spesies.

Konig bersemangat tentang penemuan potensial yang ada di depan.

“Salah satu poin terpenting dari pekerjaan semacam ini adalah betapa pentingnya mempelajari keanekaragaman kehidupan,” kata Koenig. “Dengan mempelajari keragaman ini, Anda benar-benar dapat kembali ke ide dasar tentang perkembangan kami dan pertanyaan terkait biomedis kami. Anda benar-benar dapat membicarakan pertanyaan itu.”

Tentang penelitian ini di Neuroscience News

pengarang: Juan Celesar
sumber: Harvard
Kontak: Juan Célezar – Harvard
gambar: Gambar ada di domain publik

pencarian asli: Akses ditutup.
“Evolusi retina cephalopoda menunjukkan mekanisme neurogenesis seperti vertebrataDitulis oleh Kristen Koenig dkk. biologi saat ini

Lihat juga

Ringkasan

Evolusi retina cephalopoda menunjukkan mekanisme neurogenesis seperti vertebrata

Highlight

• Sel progenitor retina cumi-cumi mengalami migrasi inti interkinetik
• Progenitor, sel pasca-mitosis, dan sel yang terdiferensiasi secara transkripsi diidentifikasi
• Pensinyalan takik dapat mengatur siklus sel retina dan nasib sel pada cumi-cumi

Ringkasan

Cephalopoda koloid, termasuk sotong, sotong, dan gurita, memiliki sistem saraf yang besar dan kompleks serta mata tipe kamera yang sangat tajam. Ciri-ciri ini hanya sebanding dengan ciri-ciri yang berevolusi secara independen dalam garis keturunan vertebrata.

Ukuran sistem saraf hewan dan keragaman jenis sel komponennya adalah hasil dari regulasi ketat proliferasi dan diferensiasi seluler dalam perkembangan.

Perubahan dalam proses perkembangan selama perkembangan yang mengarah pada keragaman jenis neuron dan ukuran sistem saraf yang berubah tidak dipahami dengan baik.

Di sini, kami memelopori teknik pencitraan langsung dan melakukan interogasi fungsional untuk menunjukkan cumi-cumi itu Doryteuthis pealeii Ini menggunakan mekanisme selama pembentukan neuron retina yang merupakan karakteristik dari proses vertebrata.

Kami menemukan bahwa sel-sel progenitor retina cumi-cumi menjalani migrasi nuklir sampai mereka keluar dari siklus sel. Kami menentukan organisasi retina yang sesuai dari sel progenitor, post-mitotic, dan diferensiasi.

Akhirnya, kami menemukan bahwa pensinyalan Notch dapat mengatur siklus sel retina dan nasib sel. Mengingat evolusi konvergen dari sistem visual yang rumit pada cumi dan vertebrata, temuan ini mengungkapkan mekanisme umum yang mendasari pertumbuhan primitif neuron yang sangat proliferatif.

Karya ini menyoroti mekanisme yang dapat mengubah ukuran varian genetik dan berkontribusi pada evolusi kompleksitas dan pertumbuhan sistem saraf hewan.