สมองของปลาหมึกยักษ์และสมองของมนุษย์

สมองของปลาหมึกยักษ์และสมองของมนุษย์มี ‘ยีนกระโดด’ เหมือนกัน การศึกษาใหม่ระบุการเปรียบเทียบระดับโมเลกุลที่สำคัญซึ่งสามารถอธิบายความฉลาดอันน่าทึ่งของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังเหล่านี้ได้

ปลาหมึกยักษ์เป็นสิ่งมีชีวิตพิเศษที่มีสมองที่ซับซ้อนอย่างยิ่งและความสามารถทางปัญญาซึ่งเป็นเอกลักษณ์เฉพาะในหมู่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง มากเสียจนในบางแง่ มันก็เหมือนกับสัตว์มีกระดูกสันหลังมากกว่าสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ความซับซ้อนของระบบประสาทและการรับรู้ของสัตว์เหล่านี้อาจเกิดจากการเปรียบเทียบระดับโมเลกุลกับสมองของมนุษย์ ตามที่ค้นพบโดยงานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ใน BMC Biology

และประสานงานโดย Remo Sanges จาก SISSA of Trieste และโดย Graziano Fiorito จาก Stazione Zoologica Anton Dohrn แห่ง Naples . การวิจัยแสดงให้เห็นว่า ‘ยีนการกระโดด’ เดียวกันนั้นทำงานทั้งในสมองของมนุษย์และในสมองของสองสปีชีส์ ได้แก่ Octopus vulgaris ปลาหมึกทั่วไป และ Octopus bimaculoides ปลาหมึกแคลิฟอร์เนีย การค้นพบที่สามารถช่วยให้เราเข้าใจความลับของความฉลาดของสิ่งมีชีวิตที่น่าสนใจเหล่านี้

การจัดลำดับจีโนมมนุษย์เปิดเผยเมื่อต้นปี 2544 ว่ามากกว่า 45% ของจีโนมประกอบด้วยลำดับที่เรียกว่า transposons ซึ่งเรียกว่า ‘ยีนกระโดด’ ซึ่งผ่านกลไกการคัดลอกและวางหรือการตัดและวางด้วยโมเลกุล ‘สามารถ’ จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งของจีโนมของบุคคล

การสับเปลี่ยนหรือทำซ้ำ ในกรณีส่วนใหญ่ องค์ประกอบมือถือเหล่านี้ยังคงเงียบ: ไม่มีเอฟเฟกต์ที่มองเห็นได้และสูญเสียความสามารถในการเคลื่อนไหว บางคนไม่ได้ใช้งานเนื่องจากมีการกลายพันธุ์ที่สะสมมาหลายชั่วอายุคน ส่วนอื่นๆ นั้นไม่บุบสลาย แต่ถูกปิดกั้นโดยกลไกการป้องกันระดับเซลล์ จากมุมมองของวิวัฒนาการ แม้แต่ชิ้นส่วนเหล่านี้และสำเนาทรานสโปซอนที่แตกหักก็ยังมีประโยชน์ เนื่องจาก ‘สสารดิบ’ ที่วิวัฒนาการสามารถแกะสลักได้

ในบรรดาองค์ประกอบเคลื่อนที่เหล่านี้ สิ่งที่เกี่ยวข้องมากที่สุดคือองค์ประกอบที่อยู่ในตระกูล LINE (Long Interspersed Nuclear Elements) ซึ่งพบในจีโนมมนุษย์หลายร้อยชุดและยังคงทำงานอยู่ ตามธรรมเนียมแล้วแม้ว่ากิจกรรมของ LINE จะเป็นเพียงร่องรอยของอดีต

ซึ่งเป็นส่วนที่เหลือของกระบวนการวิวัฒนาการที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบเคลื่อนที่เหล่านี้ แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีหลักฐานใหม่แสดงให้เห็นว่ากิจกรรมของ LINE ได้รับการควบคุมอย่างประณีตในสมอง มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่เชื่อว่าทรานส์โพซอนของ LINE สัมพันธ์กับความสามารถทางปัญญา เช่น การเรียนรู้และความจำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกมันมีความกระตือรือร้นในฮิบโปแคมปัส ซึ่งเป็นโครงสร้างที่สำคัญที่สุดของสมองของเราสำหรับการควบคุมระบบประสาทของกระบวนการเรียนรู้

จีโนมของปลาหมึกเหมือนกับของเรา อุดมไปด้วย ‘ยีนกระโดด’ ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้งาน นักวิจัยได้ระบุองค์ประกอบของตระกูล LINE ในส่วนต่าง ๆ ของสมองที่มีความสำคัญต่อความสามารถทางปัญญาของสัตว์เหล่านี้โดยมุ่งเน้นไปที่ transposons ที่ยังคงสามารถคัดลอกและวางได้ การค้นพบนี้เป็นผลจากการทำงานร่วมกันระหว่าง Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Stazione Zoologica Anton Dohrn และ Istituto Italiano di Tecnologia เกิดขึ้นได้ด้วยเทคนิคการหาลำดับขั้นต่อไป ซึ่งใช้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบโมเลกุลของยีนที่ทำงานอยู่ใน ระบบประสาทของปลาหมึก

“การค้นพบองค์ประกอบของตระกูล LINE ซึ่งทำงานอยู่ในสมองของปลาหมึกทั้งสองสายพันธุ์ มีความสำคัญมากเพราะเป็นการเพิ่มการสนับสนุนให้กับแนวคิดที่ว่าองค์ประกอบเหล่านี้มีหน้าที่เฉพาะที่นอกเหนือไปจากการคัดลอกและวาง” Remo อธิบาย Sanges ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Computational Genomics ที่ SISSA ซึ่งเริ่มทำงานในโครงการนี้เมื่อตอนที่เขาเป็นนักวิจัยที่ Stazione Zoologica Anton Dohrn จาก Naples การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน BMC Biology ดำเนินการโดยทีมงานระดับนานาชาติที่มีนักวิจัยมากกว่า 20 คนจากทั่วทุกมุมโลก

“ฉันกระโดดขึ้นไปบนเก้าอี้อย่างแท้จริงเมื่อภายใต้กล้องจุลทรรศน์ฉันเห็นสัญญาณที่ชัดเจนมากของกิจกรรมขององค์ประกอบนี้ในกลีบแนวตั้งซึ่งเป็นโครงสร้างของสมองซึ่งในปลาหมึกเป็นที่นั่งของการเรียนรู้และความสามารถทางปัญญาเช่นเดียวกับฮิปโปแคมปัส ในมนุษย์” Giovanna Ponte จาก Stazione Zoologica Anton Dohrn กล่าว

ตาม Giuseppe Petrosino จาก Stazione Zoologica Anton Dohrn และ Stefano Gustincich จาก Istituto Italiano di Tecnologia “ความคล้ายคลึงกันระหว่างมนุษย์กับปลาหมึกยักษ์ที่แสดงกิจกรรมขององค์ประกอบ LINE ในที่นั่งของความสามารถทางปัญญาสามารถอธิบายได้ว่าเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของวิวัฒนาการบรรจบกัน ปรากฏการณ์ที่ในสองสายพันธุ์ที่อยู่ห่างไกลจากพันธุกรรม กระบวนการระดับโมเลกุลเดียวกันจะพัฒนาอย่างอิสระ เพื่อตอบสนองความต้องการที่คล้ายคลึงกัน”

Graziano Fiorito ผู้อำนวยการภาควิชาชีววิทยาและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตในทะเลของ Stazione Zoologica Anton Dohrn กล่าวว่า “สมองของปลาหมึกมีลักษณะการทำงานที่คล้ายคลึงกับของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม “ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบ LINE ที่ระบุจึงเป็นผู้สมัครที่น่าสนใจมากในการศึกษาเพื่อพัฒนาความรู้ของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสติปัญญา”

ปลาหมึกยักษ์และมนุษย์ต่างก็มีลักษณะทางพันธุกรรมร่วมกัน

มากกว่า 45% ของจีโนมมนุษย์ประกอบด้วยลำดับที่เรียกว่า transposons ซึ่งเป็น ‘ยีนกระโดด’ เหล่านี้ที่สามารถ ‘ย้าย’ จากจุดหนึ่งในจีโนมไปยังอีกจุดหนึ่งได้โดยการสับเปลี่ยนหรือทำซ้ำ

การวิจัยแสดงให้เห็นว่า ‘ยีนกระโดด’ เดียวกันนั้นทำงานทั้งในสมองของมนุษย์และในสมองของสองสปีชีส์คือ Octopus vulgaris ปลาหมึกทั่วไป และ Octopus bimaculoides ปลาหมึกแคลิฟอร์เนีย

สิ่งที่เกี่ยวข้องมากที่สุดเกี่ยวข้องกับตระกูล LINE (Long Interspersed Nuclear Elements) ซึ่งพบในจีโนมมนุษย์หลายร้อยชุด

นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าทรานส์โพซอนของ LINE เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้ ความจำ และความสามารถทางปัญญาอื่นๆ

Graziano Fiorito ผู้อำนวยการภาควิชาชีววิทยาและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตในทะเลของ Stazione Zoologica Anton Dohrn กล่าวว่า “สมองของปลาหมึกมีลักษณะการทำงานที่คล้ายคลึงกับของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ‘ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบ LINE ที่ระบุจึงเป็นผู้สมัครที่น่าสนใจมากในการศึกษาเพื่อพัฒนาความรู้ของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสติปัญญา’

นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งกล่าวว่าพวกเขา ‘กระโดดขึ้นบนเก้าอี้อย่างแท้จริง’ เมื่อเห็นสัญญาณของกิจกรรมในกลีบแนวตั้งของปลาหมึก ซึ่งเป็นโครงสร้างของสมองที่เป็นที่นั่งของการเรียนรู้และความสามารถทางปัญญา เช่นเดียวกับฮิปโปแคมปัสสำหรับมนุษย์

Remo Sanges ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Computational Genomics อธิบายว่า “การค้นพบองค์ประกอบของตระกูล LINE ซึ่งทำงานอยู่ในสมองของปลาหมึกทั้งสองสายพันธุ์ มีความสำคัญมากเพราะเป็นการเพิ่มการสนับสนุนให้กับแนวคิดที่ว่าองค์ประกอบเหล่านี้มีหน้าที่เฉพาะ” ที่ SISSA ซึ่งเริ่มทำงานในโครงการนี้เมื่อตอนที่เขาเป็นนักวิจัยที่ Stazione Zoologica Anton Dohrn แห่งเนเปิลส์

‘ความคล้ายคลึงกันระหว่างมนุษย์กับปลาหมึกยักษ์ที่แสดงกิจกรรมขององค์ประกอบ LINE ในที่นั่งของความสามารถทางปัญญา สามารถอธิบายได้ว่าเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของวิวัฒนาการมาบรรจบกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ในสองสายพันธุ์ที่อยู่ห่างไกลจากพันธุกรรม กระบวนการระดับโมเลกุลเดียวกันนั้นพัฒนาอย่างอิสระ เพื่อตอบสนองความต้องการที่คล้ายคลึงกัน” Giuseppe Petrosino จาก Stazione Zoologica Anton Dohm และ Stefanol Gustincich จาก Istituto Italiano di Tecnologia อธิบาย

ใครก็ตามที่เห็นสารคดีของ Netflix ในปี 2020 My Octopus Teacher จะไม่แปลกใจเลยที่มนุษย์เรามีความคล้ายคลึงกันกับสัตว์ทะเล

ภาพยนตร์ที่ได้รับรางวัลแสดงให้เห็นว่าผู้สร้างภาพยนตร์เคร็ก ฟอสเตอร์ผูกสัมพันธ์กับปลาหมึกยักษ์ที่อาศัยอยู่นอก ‘แหลมแห่งพายุ’ ในแอฟริกาใต้ได้อย่างไร

สิ่งมีชีวิตนั้นกลายเป็น ‘ครูที่ดีที่สุด’ ของเขา

การค้นพบนี้เป็นส่วนหนึ่งของความร่วมมือระดับนานาชาติระหว่างนักวิจัยมากกว่า 20 คน เกิดขึ้นได้ด้วยเทคนิคการหาลำดับเบสแบบใหม่ ซึ่งใช้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบโมเลกุลของยีนที่ทำงานอยู่ในระบบประสาทของปลาหมึกยักษ์

การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน BMC Biology ดำเนินการโดยทีมงานระดับนานาชาติที่มีนักวิจัยมากกว่า 20 คนจากทั่วทุกมุมโลก

กลไกการป้องกันของปลาหมึก

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดวิธีหนึ่งที่ปลาหมึกจะหลีกเลี่ยงการถูกปล้นสะดมคือการพรางตัวกับสภาพแวดล้อมของพวกมัน

พวกมันมีเซลล์เม็ดสีพิเศษที่ควบคุมสีผิวได้เหมือนกับกิ้งก่า

เช่นเดียวกับการเปลี่ยนสี พวกเขาสามารถจัดการพื้นผิวของผิวเพื่อให้กลมกลืนกับภูมิประเทศ

เช่นเดียวกับการพรางตัว พวกมันสามารถหลบหนีผู้ล่าได้โดยใช้วิธีการหลบหนี ‘แรงขับไอพ่น’ ซึ่งพวกมันจะยิงน้ำออกไปอย่างรวดเร็วเพื่อขับเคลื่อนพวกมันผ่านน้ำอย่างรวดเร็ว

การไหลของน้ำจากกาลักน้ำมักจะมาพร้อมกับการปล่อยหมึกเพื่อสร้างความสับสนและหลบเลี่ยงศัตรูที่อาจเกิดขึ้น

ตัวดูดบนหนวดของสัตว์แปดขานั้นทรงพลังอย่างยิ่งและใช้เพื่อลากเหยื่อไปทางปากที่แหลมคม

เช่นเดียวกับการป้องกันจากสัตว์อื่น ๆ เมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าหมึกสามารถตรวจจับคลื่นอัลตราโซนิกที่ยึดการระเบิดของภูเขาไฟหรือแผ่นดินไหว ทำให้พวกเขามีเวลามากพอที่จะหลบหนี

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ arcoubriaco.com