Kalmarit ovat kiehtoneet ihmistä vuosisatojen ajan omituisella liikkumisellaan, syvänmeren elinympäristöllään ja yllättävän suurella genomillaan. Ja nyt tutkijat ovat ensimmäistä kertaa laittaneet pääjalkaiset magneettikuvaukseen saadakseen paremman kuvan niiden aivoista – ja paljastaneet, että ne muistuttavat paljon enemmän toista ihmiselle rakasta eläintä kuin olemme tajunneetkaan.

Juuri niin:

Tutkijat käyttivät magneettikuvauslaitetta saadakseen hyvän kuvan nuoren riuttakalmarin aivoista. He pystyivät tunnistamaan 145 aiemmin tuntematonta reittiä ja yhteyttä, mikä voi auttaa ratkaisemaan mysteerin, joka liittyy näppärään kalmarin taitoon – naamioitumiseen.

Tutkijat sanovat, että tämä on suuri askel kohti täydellisen oppaan rakentamista kalmarin aivojen monimutkaisista hermoyhteyksistä – niin sanottua connectome-karttaa.

”Tämä on ensimmäinen kerta, kun nykyaikaista teknologiaa on käytetty tämän hämmästyttävän eläimen aivojen tutkimiseen”, Chung sanoi lausunnossaan.

Tutkimus, jota johtivat tutkijat Wen-Sung Chung ja Justin Marshall Queenslandin yliopistosta, julkaistiin tässä kuussa iScience-lehdessä.

Ovelat pääjalkaiset

Chung selitti, että pääjalkaisilla – sukuryhmään kuuluvat kalmarit ja mustekalat – on ”tunnetusti monimutkaiset aivot, jotka lähestyvät koiran aivoja ja ylittävät hiiret ja rotat ainakin hermosolujen lukumäärän suhteen.”

Joidenkin pääjalkaisten aivoissa on yli 500 miljoonaa hermosolua – suunnilleen saman verran kuin koirilla, joiden hermosolujen lukumäärä on noin 530 miljoonaa. Rotilla on vain 200 miljoonaa. Ihmisiä puolestaan on siunattu noin 100 miljardilla neuronilla – mutta älä anna sen mennä päähäsi. Miljoonat neuronit eivät aina johda samoihin taitoihin – kuten kehon värin vaihtamiseen tahdosta.

Tutkimuksessa kuvatun Sepioteuthis lessoniana -lajin kaltaisten kalmarien aivovoima on yksi syy siihen, että ne pystyvät vaihtamaan väriä käskystä. Ironista kyllä, kalmarit ovat värisokeita – joten ne eivät valitettavasti ole kovin taitavia havainnoimaan ruumiinsa värinvaihtoa. Mutta tämä taito kuuluu ominaisuuksiin, jotka tekevät kalmarista niin hienon – kuten niiden kyky laskea ja ratkaista ongelmia.

”Näemme, että monet hermopiirit on omistettu naamioinnille ja visuaaliselle viestinnälle”, Chung sanoi. Tämä antaa kalmarille ”ainutlaatuisen kyvyn” piiloutua saalistajilta, metsästää ja kommunikoida keskenään.

Mutta jotta tutkimus voitiin ylipäätään tehdä, tutkijoiden oli ensin saatava kalmarit magneettikuvauslaitteeseen – mikä edellytti, että he ensin kiinnittivät (kuolleet) kalmarit ja sitten säilöivät niiden kudokset tutkimusta varten.

Kun ne olivat laitteessa, tutkijat pystyivät kuvaamaan niiden aivoja yksityiskohtaisesti. He ottivat myös näytteitä kalmarien aivoista ja suorittivat erilaisia analyysejä, joiden avulla voitiin jäljittää kattava kuva niiden hermoyhteyksistä.

Tulevaisuuden suunnat

Tutkijat voivat aineiston perusteella saada tarkempaa tietoa joistakin kalmarien ominaisuuksista, kuten selvittää, miksi kalmarit näyttävät tiettyä väriä tiettynä ajankohtana. Kalmari saattaa esimerkiksi muuttaa vartalonsa väriä, jos saalistaja on lähellä, sulautuakseen ympäristöönsä. Mutta jos sitä tarkkaillaan ylhäältä päin, pääjalkainen saattaa muuttaa vain päänsä väriä.

”Löydöksemme tarjoavat toivottavasti todisteita, jotka auttavat meitä ymmärtämään, miksi nämä kiehtovat olennot käyttäytyvät niin moninaisesti ja ovat hyvin erilaisissa vuorovaikutussuhteissa keskenään”, Chung sanoi.

Uusi tutkimus on jälleen yksi päänjalkaistutkimusten ensikertalaisuus sen jälkeen, kun hiljattain tehtiin tutkimus, jossa purettiin jättiläismäisen kalmarin genomi. Kuten Inverse tuolloin kertoi, tutkimus paljasti, että jättiläiskalmarin geneettinen monimutkaisuus lähestyy ihmisen geneettistä monimutkaisuutta. Jättiläiskalmarilla on genomissaan noin 2,7 miljardia DNA-emäsparia, kuten kävi ilmi, kun taas ihmisellä on noin 3 miljardia emäsparia.

Kalmarin käyttäytymisen taustalla olevan aivomekaniikan ymmärtäminen voi antaa tutkijoille paremmat mahdollisuudet tehdä ennusteita pääjalkaisten historiasta – kuten siitä, milloin ne kehittyivät ensimmäisen kerran näihin sopeutumisiin ja millaisia muita uskomattomia taitoja ne voisivat piilotella.

Tiivistelmä: Käyttämällä korkean resoluution diffuusiomagneettikuvausta (dMRI) ja joukon vanhoja ja uusia värjäystekniikoita pystytetään kalmarin aivojen monimittakaavaisen connectome-kartan alku. Tämä on ensimmäinen laatuaan pääjalkaisten osalta, ja siinä vahvistetaan 281 tunnettua yhteyttä ja lisätään 145 aiemmin kuvaamatonta reittiä. Nämä ja muut piirteet viittaavat useisiin toiminnallisiin ominaisuuksiin, mukaan lukien (1) retinotooppinen järjestäytyminen näkölohkojen läpi ja muille aivoalueille, jotka ylittävät selvästi aiemmin tunnistetut piirteet, (2) tyvilohkon monimutkaisuus ja alajakautuneisuus, jotka tukevat ajatuksia konvergenssista selkärankaisten tyvitumakkeiden kanssa, ja (3) eriytyneet lohkoista riippuvaiset kasvuvauhdit, jotka heijastavat monimutkaisuutta ja siirtymiä ontogeniassa.