بازوهای هشت‌پا توانایی شگفت‌انگیزی در حرکت دارند و می‌توانند به‌صورت بی‌نهایت خم شده و پیچ بخورند. این حرکات به هشت‌پا کمک می‌کنند محیط اطراف خود را کاوش کند، اشیاء را دست‌کاری کند و شکار خود را بگیرد.
کشف جدید: سیستم عصبی بخش‌بندی‌شده
تحقیقات اخیر راز جالبی را در پشت این انعطاف‌پذیری آشکار کرده است: ساختار عصبی بخش‌بندی‌شده.
دکتر کلیفتون رگزدیل، استاد نوروبیولوژی دانشگاه شیکاگو، می‌گوید:
«اگر بخواهید سیستم عصبی‌ای طراحی کنید که چنین حرکات پویایی را کنترل کند، این روش خوبی برای طراحی آن است.»
این بخش‌بندی به نظر می‌رسد یک سازگاری تکاملی خاص در نرم‌تنان بی‌استخوان مانند هشت‌پا باشد.
معماری عصبی منحصربهفرد
بازوهای هشت‌پا دارای سیستم عصبی بسیار پیچیده‌ای هستند که تعداد نورون‌های موجود در هشت بازوی آن بیشتر از نورون‌های مغزشان است.
این شبکه گسترده از نورون‌ها در ساختاری به نام ریسمان عصبی محوری (ANC) متمرکز شده است که در طول هر بازو قرار دارد.
- بخش‌بندی ریسمان عصبی محوری:
ANC به‌صورت بخش‌بندی‌شده است و هر بخش با یکی از مکنده‌های بازو مطابقت دارد. این بخش‌ها مانند مراکز کنترل محلی عمل می‌کنند و اعصاب از این بخش‌ها به عضلات و ساختارهای حسی مرتبط با هر مکنده شاخه می‌شوند. - کنترل دقیق مکنده‌ها:
این ساختار به هشت‌پا اجازه می‌دهد که حرکات و عملکردهای حسی هر مکنده را به‌صورت مستقل مدیریت کند و کنترل دقیقی روی بازوهای خود داشته باشد.
این طراحی منحصربهفرد، توانایی خارق‌العاده هشت‌پا برای کاوش، دست‌کاری و تعامل با محیط اطرافش را فراهم می‌کند.
ساختارهای موجود در بازوهای هشت‌پا
دانشجویان دکتری، کَسدی اولسون و گریس شولتز، این کشف را هنگام مطالعه بازوهای هشت‌پای دو-خال کالیفرنیا (Octopus bimaculoides) انجام دادند.
- آن‌ها با استفاده از ابزارهای تصویربرداری متوجه شدند که ANC شامل ستون‌هایی از سلول‌های عصبی است که توسط شکاف‌ها یا دیواره‌هایی به نام سپتا جدا شده‌اند. این سپتا اجازه می‌دهند اعصاب و رگ‌های خونی به عضلات و مکنده‌ها متصل شوند.
اولسون توضیح داد:
«بهترین راه برای طراحی یک سیستم کنترل برای این بازوی بسیار بلند و انعطاف‌پذیر، تقسیم آن به بخش‌ها است.»
نقشه عصبی مکنده‌ها
مطالعه نشان داد بازوهای هشت‌پا دارای یک نقشه مکنده‌ای در سیستم عصبی خود هستند.
این نقشه نحوه سازمان‌دهی اعصاب را برای هماهنگ‌کردن حرکت و ورودی حسی هر مکنده به‌صورت مستقل نشان می‌دهد.
- هر مکنده می‌تواند به‌صورت مستقل حرکت کند، شکل خود را تغییر دهد و حتی به‌عنوان یک ابزار حسی عمل کند.
ویژگی حسی خاص مکنده‌ها:
وقتی یک هشت‌پا چیزی را لمس می‌کند، می‌تواند از طریق گیرنده‌های موجود در مکنده‌ها آن را “بچشد” و “بو کند” که عملکردی مانند ترکیب یک دست، زبان و بینی در یک ساختار است.
مقایسه بازوهای هشت‌پا و ماهی مرکب
محققان همچنین ماهی مرکب لانگ‌فین این‌شور (Doryteuthis pealeii) را بررسی کردند تا سیستم عصبی آن را با هشت‌پا مقایسه کنند.
- تفاوت‌ها و شباهت‌ها:
در حالی که ماهی مرکب و هشت‌پا از نظر ساختار عصبی شباهت‌هایی دارند، مطالعه نشان داد که تفاوت‌های کلیدی در مسیرهای تکاملی خاص آن‌ها وجود دارد.- در ماهی مرکب، ساقه‌های بلند شاخک‌ها (که برای شکار استفاده می‌شوند) فاقد ساختارهای عصبی بخش‌بندی‌شده هستند.
- اما باشگاه‌های مکنده‌ای در انتهای این شاخک‌ها دارای بخش‌بندی در ANC هستند، مشابه بازوهای هشت‌پا.
این یافته‌ها نشان می‌دهند که بخش‌بندی در سیستم عصبی به‌طور خاص برای کنترل حرکات دقیق و ظریف در اندام‌هایی با مکنده‌ها سازگار شده است.
بازوهای هشت‌پا: مغزهای کوچک مستقل
هر یک از بازوهای هشت‌پا تقریباً مانند یک مغز جداگانه عمل می‌کنند و با داشتن مجموعه‌ای از نورون‌های اختصاصی، قادر به انجام وظایف پیچیده به‌صورت مستقل هستند.
- یک بازو می‌تواند یک شکاف را کاوش کند، در حالی که بازوی دیگر در حال بازکردن یک ظرف یا بازی با یک اسباب‌بازی است.
این بازوها فوق‌العاده انعطاف‌پذیر و قوی هستند و مکنده‌هایی دارند که می‌توانند مزه کنند، لمس کنند و با دقت بالا اجسام را بگیرند.
نبوغ تکامل
دکتر رگزدیل توضیح می‌دهد:
«اندام‌هایی با این مکنده‌های خاص و حرکات کرم‌مانند به سیستم عصبی مناسبی نیاز دارند.»
بخش‌بندی ANC در هشت‌پا و ماهی مرکب نشان می‌دهد که تکامل چگونه طراحی‌های عصبی را برای پاسخگویی به نیازهای خاص بهینه کرده است.
با وجود اینکه این نرم‌تنان بیش از ۲۷۰ میلیون سال پیش از هم جدا شده‌اند، طراحی‌های عصبی مشابهی را برای کنترل اندام‌های مکنده‌دار خود به کار گرفته‌اند.
نتیجه‌گیری
این تحقیقات دانشگاه شیکاگو، نگاهی عمیق به انعطاف‌پذیری و دقت بی‌نظیر هشت‌پاها دارد و بینش‌هایی در مورد رابطه پیچیده بین ساختار، عملکرد و تکامل ارائه می‌دهد.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
