문어의 팔은 분할된 신경계를 통해 놀라운 움직임을 가능하게 합니다.

문어의 팔은 믿을 수 없을 정도로 민첩하게 움직이며, 거의 무한한 자유도로 구부리고, 비틀고, 말립니다. 시카고 대학의 새로운 연구에 따르면 문어의 팔 움직임을 제어하는 ​​신경계 회로가 분할되어 있어 이 특별한 생물이 여덟 개의 팔과 수백 개의 빨판 전체를 정밀하게 제어하여 환경을 탐색하고 물체를 붙잡고 먹이를 잡을 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

“만약 그러한 역동적인 움직임을 제어하는 ​​신경계를 갖게 된다면, 그것은 그것을 설정하는 좋은 방법입니다.”라고 시카고대 신경생물학 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 Clifton Ragsdale 박사는 말했습니다. "우리는 이것이 벌레와 같은 움직임을 수행하기 위해 빨판을 가진 연체 두족류에서 특별히 진화한 특징이라고 생각합니다."

"두족류 팔의 신경 세포 분할"이라는 제목의 연구는 2025년 1월 15일 Nature Communications 에 게재되었습니다.

각 문어 팔에는 거대한 신경계가 있으며, 여덟 개의 팔에는 동물의 뇌보다 더 많은 뉴런이 결합되어 있습니다. 이 뉴런은 큰 축 신경 코드(ANC)에 집중되어 있으며, 팔을 따라 움직일 때 앞뒤로 구불구불하게 움직이며 구부러질 때마다 각 흡반 위로 확대됩니다.

연구를 주도한 계산 신경 과학 대학원생인 캐서디 올슨은 캘리포니아 두점 문어( Octopus bimaculoides )의 팔에서 ANC 구조와 근육과의 연결을 분석하고자 했습니다. 캘리포니아 두점 문어는 캘리포니아 해안에서 떨어진 태평양에 서식하는 작은 종입니다. 그녀와 공동 저자인 발달, 재생 및 줄기 세포 생물학 대학원생인 그레이스 슐츠는 현미경으로 팔의 얇고 원형 횡단면을 살펴보려고 했지만, 샘플이 슬라이드에서 계속 떨어졌습니다. 그들은 팔의 세로 스트립을 시도했고 더 나은 결과를 얻었고, 예상치 못한 발견으로 이어졌습니다.

ANC의 구조와 연결을 추적하기 위해 세포 마커와 이미징 도구를 사용하여 그들은 신경 세포체가 주름진 파이프와 같은 세그먼트를 형성하는 기둥으로 채워져 있음을 확인했습니다. 이 부분은 신경과 혈관이 인근 근육으로 나가는 중격이라는 틈으로 분리됩니다. 여러 분절의 신경은 근육의 서로 다른 영역에 연결되어 있으며, 이는 분절이 함께 작동하여 움직임을 제어함을 의미합니다.

"모델링 관점에서 생각해 보면 매우 길고 유연한 팔에 대한 제어 시스템을 설정하는 가장 좋은 방법은 이를 세그먼트로 나누는 것입니다."라고 Olson은 말했습니다. "세그먼트 간에 일종의 의사소통이 있어야 하며, 이는 움직임을 원활하게 하는 데 도움이 될 것이라고 상상할 수 있습니다."

흡반의 신경도 이 격막을 통해 ANC에서 빠져나와 체계적으로 각 흡반의 외부 가장자리에 연결됩니다. 이는 신경계가 각 빨판의 공간적 또는 지형적 지도를 설정한다는 것을 나타냅니다. 문어는 독립적으로 빨판의 모양을 움직이고 변경할 수 있습니다. 빨판에는 문어가 손으로 혀와 코를 결합하는 것과 같이 자신이 만지는 것을 맛보고 냄새를 맡을 수 있는 감각 수용체도 포함되어 있습니다. 연구자들은 지도라고 불리는 "빨판톱피"가 이러한 복잡한 감각 운동 능력을 촉진한다고 믿습니다.

이런 종류의 구조가 다른 연체 두족류에 공통적으로 나타나는지 알아보기 위해 올슨은 긴지느러미 근해 오징어도 연구했습니다.Doryteuthis pealeii), 대서양에서 흔히 볼 수 있는 것입니다. 이 오징어에는 문어처럼 근육과 빨판이 있는 여덟 개의 팔과 두 개의 촉수가 있습니다. 촉수에는 흡반이 없는 긴 자루가 있으며, 끝에 흡반이 있는 곤봉이 있습니다. 사냥하는 동안 오징어는 촉수를 쏘고 빨판이 달린 곤봉으로 먹이를 잡을 수 있습니다.

오징어 촉수의 긴 조각을 연구하기 위해 동일한 과정을 사용하여 Olson은 빨판이 없는 줄기의 ANC가 분할되지 않았지만 끝에 있는 곤봉은 문어와 같은 방식으로 분할된다는 것을 확인했습니다. 이는 분할된 ANC가 두족류의 모든 유형의 민첩하고 빨판이 많은 부속물을 제어하기 위해 특별히 제작되었음을 시사합니다. 그러나 오징어 촉수 곤봉은 빨판당 세그먼트 수가 더 적습니다. 이는 아마도 문어와 같은 방식으로 감각을 위해 빨판을 사용하지 않기 때문일 것입니다. 오징어는 바다에서 사냥할 때 시력에 더 많이 의존하는 반면, 문어는 해저를 배회하며 민감한 팔을 탐험 도구로 사용합니다.

문어와 오징어는 2억 7천만년 전에 서로 갈라졌지만 빨판으로 부속지의 일부를 제어하는 ​​방식의 공통점과 그렇지 않은 부분의 차이점은 진화가 항상 최선의 해결책을 찾는 방법을 보여줍니다. .

Ragsdale은 “벌레 같은 움직임을 보이는 빨판이 가득한 부속기관을 가진 유기체에는 올바른 종류의 신경계가 필요합니다.”라고 말했습니다. "서로 다른 두족류는 분절 구조를 갖고 있으며, 그 세부 사항은 환경의 요구와 수억 년에 걸친 진화의 압력에 따라 달라집니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250115125422.htm