Cosa vuol dire essere un polpo?

Polpi, insieme ai loro cugini cefalopodi e calamari, sono considerati alcuni degli invertebrati più intelligenti là fuori. Hanno un grande cervello e sono in grado di padroneggiare rapidamente una varietà di test di laboratorio che coinvolgono l'apprendimento sensoriale e la memoria.

Diversamente dalla maggior parte degli animali (inclusi gli umani), i polpi non sono limitati nei loro movimenti da uno scheletro rigido. Con i loro corpi morbidi e le braccia multiple, hanno una flessibilità pressoché illimitata.

Ma poiché mancano di una struttura rigida, si è ritenuto che il sistema nervoso centrale del polpo avesse un controllo limitato sugli arti. Sebbene fossero superstar in molti test di laboratorio dell'intelligenza, i polpi hanno ostacolato i ricercatori fallendo costantemente in compiti che richiedevano loro di combinare le informazioni sulla ricompensa del sistema nervoso centrale con la conoscenza visiva e periferica della posizione delle loro braccia.

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In che modo i ricercatori possono tentare di comprendere e decifrare i comportamenti e le abilità del polpo? Il dottor Michael Kuba, ricercatore presso l'Università ebraica del Silberman Institute of Life Sciences, sta cercando di fare proprio questo. In agosto ha presentato il suo lavoro con i coautori Tamar Gutnick e Binyamin Hochner al Congresso Internazionale di Neuroetologia a College Park, nel Maryland.

Kuba, Gutnick e Hochner hanno sviluppato un labirinto in plexiglass trasparente a tre scelte che ha richiesto al polpo di utilizzare un solo braccio e indirizzarlo verso uno scomparto visivamente contrassegnato all'esterno del serbatoio. I loro risultati mostrano, per la prima volta, che il polipo è in grado di guidare un singolo braccio in un movimento complesso verso una posizione. Questi risultati suggeriscono che i polpi possono combinare le informazioni sulla posizione delle braccia periferiche con l'input visivo per controllare i movimenti diretti agli obiettivi.

Ho chiesto a Michael Kuba delle sue ricerche su questi animali "insolitamente incarnati" e su ciò che rende i polpi così affascinanti da lavorare.

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Il titolo del tuo poster era "Incontro con un alieno: esperimenti comportamentali sul polpo". Cosa rende un polipo un essere alieno?

Michael Kuba: I polpi sono diversi in quanto possiedono un corpo morbido e flessibile che non ha punti di riferimento evidenti come noi – o qualsiasi altro animale articolato -. Certo, i vermi hanno le stesse proprietà dei loro corpi, solo che non sono così mobili e attivi come lo è un polipo. Polpi e altri cefalopodi hanno anche il sistema nervoso più complesso di tutti i molluschi. Hanno un sistema visivo avanzato unico, analogo a quello della maggior parte dei vertebrati. Vivendo in un mondo sensoriale molto diverso dal nostro, i polpi rappresentano una sfida e un'ispirazione per generazioni di ricercatori.

Come ti sei interessato al comportamento dei polpi, per cominciare?

Kuba:

Un amico mi ha registrato, così sono diventato un partecipante al progetto di polpo all'Istituto Konrad Lorenz di Altenberg (la casa in cui è cresciuto Konrad Lorenz). Dopo aver finito il mio master (sull'ultrastruttura dei reni rettile), ho iniziato lì come studente di dottorato.

Descrivi il labirinto Y modificato che hai sviluppato. Perché hai progettato questo nuovo compito, in particolare per un polipo, e cosa speri di imparare da esso?

Kuba: Per molti anni la ricerca sui polpi si è concentrata su semplici test di apprendimento, basandosi sulla risposta di attacco innata degli animali. In combinazione con gli esperimenti di lesione chirurgica, i ricercatori sono stati in grado di identificare alcune delle vie neuronali più importanti nel sistema nervoso del polpo. Ma una domanda molto importante è rimasta senza risposta – fino a che punto e in che modo questo animale dal corpo morbido controlla il suo corpo e, in particolare, le sue braccia?

Usando una modifica dei labirinti a forma di Y abbiamo studiato se i polpi hanno più controllo del loro corpo di quanto si pensasse in precedenza. ( Guarda un eccellente video estratto dal team di ricerca che dimostra il labirinto in alto ). Abbiamo sviluppato diversi labirinti diversi che hanno tutti due caratteristiche in comune: possono essere utilizzati nell'hometank dei polpi e cercano di occuparsi di questioni di consapevolezza del corpo e di controllo motorio. La forma del labirinto, uno stretto tubo centrale che si apriva in tre scomparti a scelta, era basata sul naturale movimento di esplorazione che le braccia di polpo eseguono spesso quando esplorano e cacciano in piccole fessure e sotto rocce. Il labirinto Y che è montato sul vetro anteriore del serbatoio ci consente di osservare da vicino i venturi mentre eseguono diversi compiti come esplorare o recuperare oggetti.

Per raggiungere la ricompensa del cibo, i polpi dovevano raggiungere un singolo braccio attraverso il tubo, fuori dall'acqua, e nell'acqua del compartimento obiettivo. Il compartimento obiettivi conteneva una piccola ricompensa per il cibo ed era contrassegnato da un disco nero.

Come si sono comportati i polpi su questo compito? Hai visto differenze individuali in diversi polpi? Puoi confrontare il loro apprendimento con quello di altri animali?

Kuba: I nostri risultati mostrano che i polpi sono in grado di ricordare e ripetere una serie di azioni motorie che li portano a un obiettivo desiderato. Per completare il compito, gli animali hanno identificato il bersaglio, associato a una ricompensa positiva, si sono posizionati con una chiara visione del bersaglio, hanno inserito il braccio nel tubo centrale e hanno tentato di guidare il braccio verso il compartimento obiettivo.

Le prestazioni erano molto diverse a livello individuale. Il problema principale era che avevamo alcuni animali "eccessivamente entusiasti": questi animali impiegavano molto più tempo degli altri, che si avvicinavano al labirinto in modo più timido. Alla fine, tutti tranne uno dei sette polpi testati hanno raggiunto il criterio per l'apprendimento del compito, ovvero cinque prove corrette di seguito. I sei polipi riusciti hanno impiegato tra 61 e 211 prove per raggiungere questo criterio e cinque di questi sono stati in grado di completare con successo questo compito in meno di 90 prove.

Quali direzioni specifiche pensi che la tua ricerca potrebbe o dovrebbe andare da qui? Possiamo imparare cosa vuol dire essere un polpo?

Kuba: Beh, spero che ci avvicineremo di questo passo dopo passo. Penso che la grande sfida sarà progettare e condurre esperimenti che ci aiuteranno a capire il mondo sensoriale in cui vive un polpo. Naturalmente, questo è molto più facile a dirsi che a farsi. Il piano è di continuare ad usare serie di labirinti o altri aggeggi che costringono il polpo ad usare determinati sensi (sia esclusivamente che insieme ad altri) per risolvere compiti specifici. Voglio continuare lungo la linea di consapevolezza del corpo e controllo motorio – questo è certo. Mi piacerebbe anche tornare al mio argomento post doc e provare nuove tecniche per essere in grado di ottenere registrazioni da animali che si comportano.

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Octopus vulgaris utilizza le informazioni visive per determinare la posizione del suo braccio

The Octopus Research Group presso l'Università ebraica