Die Suche nach einem Modelloktopus, der nach der Eiablage nicht stirbt

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Der Tank sah leer aus, aber das Umdrehen einer Muschel enthüllte einen versteckten Tintenfisch, der nicht größer als ein Tischtennisball war. Sie bewegte sich nicht. Dann streckte sie ihre zerzausten Arme aus, während sich ihre Haut von Perlmuttbeige zu einem Muster aus lebhaften Bronzestreifen veränderte.

„Sie versucht, mit uns zu sprechen“, sagte Bret Grasse, Leiter der Kopffüßeroperationen im Marine Biological Laboratory, einem internationalen Forschungszentrum in Woods Hole, Mass., in der südwestlichen Ecke von Cape Cod.

Der winzige, gestreifte Oktopus ist Teil einer Versuchskolonie im Labor, in der Wissenschaftler versuchen, Kopffüßer in Modellorganismen zu verwandeln: Tiere, die in Forschungseinrichtungen leben und sich vermehren und über viele Generationen hinweg zu wissenschaftlichen Studien beitragen können Mäuse oder Fruchtfliegen tun.

Kopffüßer faszinieren Wissenschaftler aus vielen Gründen, einschließlich ihrer fortschrittlichen, kameraähnlichen Augen und großen Gehirne, die sich unabhängig von den Augen und Gehirnen von Menschen und unseren Verwandten mit Rückgrat entwickelt haben. Ein Tintenfisch, Tintenfisch oder Tintenfisch ist im Wesentlichen eine Schnecke, die ihre Schale gegen Intelligenz eingetauscht hat. „Sie haben bei weitem das größte Gehirn aller Wirbellosen“, sagte Joshua Rosenthal, Neurobiologe am Marine Biological Laboratory. „Ich meine, es ist nicht einmal annähernd.“

Modellkopffüßer wären ein Segen für Biologen. Aber diese klugen und oft bizarren Tiere in Gefangenschaft zu halten – insbesondere Tintenfische – stellt sowohl ethische als auch logistische Herausforderungen dar. Die Forscher von Woods Hole hatten früher Erfolg mit der Aufzucht von Tintenfischen über mehrere Generationen hinweg. Doch ein einziger Tintenfisch kann Wissenschaftlern nicht alles über Kopffüßer erzählen.

„Verschiedene Modelle zur Beantwortung verschiedener Fragen zu haben, ist meiner Meinung nach unglaublich wertvoll“, sagte Caroline Albertin, Entwicklungsbiologin an der Einrichtung.

Aber Oktopusse haben die Wissenschaftler schon lange wegen mehrerer unglücklicher Angewohnheiten verwirrt: Sie fressen sich gegenseitig. Sie sind berüchtigte Fluchtkünstler. Mütter sterben, sobald sie sich fortpflanzen, daher ist es schwierig, eine Brutpopulation aufzubauen.

Das hat den Modelloktopus zu einer Art Weißwal gemacht – bis Mr. Grasse und seine Kollegen letztes Jahr bekannt gaben, dass sie in ihrem Labor drei aufeinanderfolgende Generationen einer besonders vielversprechenden Krakenart aufgezogen hatten, mehr als jeder andere zuvor Vor.

Lernen Sie Octopus chierchiae kennen, einen zebragestreiften Miniaturkraken mit einem Trick im Ärmel.

Aus einer ersten Gruppe von sieben wilden Octopus chierchiae haben Herr Grasse und seine Kollegen über 700 Kinder, Enkel und Urenkel aufgezogen.

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Roy Caldwell, ein Verhaltensökologe an der University of California, Berkeley, traf Mitte der 1970er Jahre in Panama zum ersten Mal auf Octopus chierchiae, auch kleiner Streifenkrake genannt. Er zog Steine ​​aus dem Ozean, um Fangschreckenkrebse zu finden, die sich in Ritzen versteckten. „Hin und wieder kamen diese süßen kleinen gestreiften Oktopusse heraus“, sagte er.

Er brachte ein paar Tintenfische zurück nach Berkeley. Bald darauf „legte eines der Weibchen Eier, und ich dachte, dass sie ein bisschen schade war, weil ich wusste, dass sie sterben würde“, sagte Dr. Caldwell. „Und sie ist nicht gestorben.“ Ein paar Monate später legte sie wieder Eier.

Ein Artikel von Arcadio Rodaniche, einem panamaischen Wissenschaftler, aus dem Jahr 1984 bestätigte Dr. Caldwells Beobachtung: Weibchen dieser Art konnten sich im Gegensatz zu fast allen anderen Tintenfischen mehrmals fortpflanzen.

Diese Eigenschaft, kombiniert mit ihrer bequemen Größe, machte sie zu einem verlockenden Objekt für die Laborforschung. Leider konnte Dr. Caldwell in Panama keine mehr finden. Auch die von ihm befragten Biologen oder Sammler hatten keine gesehen.

Der kleine Kopffüßer war bis etwa 2010 nur eine Erinnerung, als „ich eine E-Mail von einem Highschool-Schüler erhielt“, sagte Dr. Caldwell, „der wissen wollte, wie er sein neues Haustier heilen könnte Tintenfisch.“ Der Student hat ein Foto geschickt. Die Zebrastreifen des Oktopus waren unverkennbar.

Caldwell hat den Tintenfisch bis zu einem Sammler in Nicaragua zurückverfolgt. Endlich konnte er ein paar kleinere pazifische Streifenkraken beschaffen und versuchen, eine Kolonie in seinem Labor zum Laufen zu bringen. Aber in drei oder vier Jahren der Versuche kam er nie über die zweite Generation hinaus. Danach, sagte Dr. Caldwell, schlüpften die Eier der Weibchen nicht mehr. Er vermutete, dass Inzucht ein Problem war, ebenso wie die Ernährung. „Wir wussten nicht genau, was wir ihnen füttern sollten.“

Diese Frage war 2016 noch unbeantwortet, als Dr. Rosenthal mit dem Traum, Modellkopffüßer zur Unterstützung der wissenschaftlichen Forschung herzustellen, zum Marine Biological Laboratory kam. Er rekrutierte Mr. Grasse, der als eine Art Kopffüßerflüsterer bekannt war, vom Monterey Bay Aquarium in Kalifornien. Taylor Sakmar, ebenfalls Aquarianer aus Monterey Bay, kam nach Cape Cod, um beim Bau einer neuartigen Einrichtung für vielarmige Tiere zu helfen.

Heute ist diese Anlage ein düsterer, brodelnder Raum voller Tankreihen und nach Meerwasser riechendem Raum. Rund um die Uhr quetschen sich Menschen zwischen Regalen, kontrollieren Tanks, wischen Pfützen und füttern verschiedene Arten von Kopffüßern.

„Nachdem Sie lange genug mit diesen Kopffüßern gearbeitet haben, können Sie im Wesentlichen lernen, wie man Kopffüßer spricht“, Herr Grasse genannt.
Ein Sodaflaschen-Inkubator für Kopffüßerbabys, hergestellt von Mr. Grasse.

Als die Wissenschaftler 2018 ihre Octopus chierchiae-Kolonie mit sieben Tieren aus Nicaragua gründeten, boten sie den Kreaturen ein Buffet an lebende und gefrorene Meeresfrüchte. Dann beobachteten sie die Körpersprache der Tiere und die wechselnden Hautfarben, um zu sehen, was ihnen am besten gefiel. (Kleinere pazifische Streifenkraken haben immer ihre Streifen, können aber den Kontrast erhöhen oder die Streifen fast vollständig verblassen lassen.)

„Nachdem Sie lange genug mit diesen Kopffüßern gearbeitet haben, können Sie im Wesentlichen lernen, wie man Kopffüßer spricht, „Mr. Grasse sagte.

Ein Oktopus greift mit seinen Saugnäpfen nach einem angebotenen Gegenstand. Wenn es gut schmeckt, wickelt der Oktopus das Essen schnell mit allen acht Armen ein und huscht in einen Unterstand, um zu essen

Die Wissenschaftler entdeckten auch, dass paarungsbereite Männchen a

Nachdem sich die Oktopusse gepaart hatten und die Babys aus ihren Eiern schlüpften, brachte Mr. Grasse die Jungen unter, die leuchtend orange und kleiner als eine Linse sind. in einzelne PVC-Rohrzylinder, damit sie t Snack auf einander. Er entdeckte, dass die Jungtiere eine Phase des „intensiven Schwimmens“ durchlaufen, in der sie durch die kleinste Lücke zwischen einem Gehäuse und seinem Deckel entkommen können.

Typischerweise können Materialien wie AstroTurf oder die flauschige Seite eines Klettbands Tintenfische davon abhalten, vertikale Oberflächen zu erklimmen, sagte Mr. Grasse, weil ihre Saugnäpfe gewinnen. nicht kleben. Aber die extra kleinen Babys der kleineren pazifischen Streifenkraken könnten diese Materialien wie eine Leiter erklimmen.

„In der Regel sind Oktopusse leichter zu sichern als diese Art“, sagte Mr. Grasse.

Er verwendet jetzt dehnbare Schaumstoffdeckel, um die Gehege der Jungtiere dicht zu verschließen. Ein Tank für ausgewachsene Octopus chierchiae hat einen Umfang aus Klettverschluss, zusammen mit dem, was Mr. Grasse sein „wirklich High-Tech-Sicherheitssystem“ nannte – einen schweren Stein auf dem Deckel.

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Ein schüchterner Kolibri-Bobtail-Tintenfisch.

Im Jahr 2015 war Dr. Albertin Teil eines Teams, das das allererste Kopffüßergenom sequenzierte. „Ich bin erstaunt, wie schnell das alles gegangen ist“, sagte sie. „Kopffüßer können uns viel über die Welt beibringen. Und wir sind endlich an einem Punkt angelangt, an dem wir versuchen können, sie zu verstehen.“

Aber ein ülkü-Versuchstier für das Molekularzeitalter ist nicht nur eines, das man viele Generationen lang gesund halten kann, sagte Dr. Rosenthal. Es ist auch einer, dessen DNA Wissenschaftler manipulieren können. Durch das Abschalten von Genen oder das Hinzufügen neuer Gene oder Marker zu den Zellen eines Tieres können Wissenschaftler die Mechanismen der Biologie klarer sehen. Diese Forschung an Mäusen und anderen Versuchstieren hat es Forschern ermöglicht, beispielsweise die Rolle einzelner Gene direkt zu testen und Tiermodelle für menschliche Krankheiten zu erstellen. Bei Kopffüßern, insbesondere Tintenfischen, war es jedoch schwieriger.

Forschern des Marine Biological Laboratory ist es gelungen, das Tool CRISPR-Cas9 zu verwenden, um die Gene eines in Cape Cod heimischen Tintenfischs sowie des Kolibri-Bobtail-Tintenfischs des Labors zu bearbeiten, sagten sie. Um Materialien in die zähen Eier dieser Tiere zu injizieren, haben sie geschärfte Quarznadeln und speziell entwickelte winzige Scheren verwendet.

Für Wissenschaftler, die die Genetik von Kopffüßern manipulieren wollen, ist der Kolibri-Bobtail-Tintenfisch das bisher vielversprechendste Modelltier, sagte Dr. Albertin: „Einfach zu züchten, leicht zu pieksen und einfach in unseren Inkubationskammern zu halten. ”

Aber Tintenfische zu studieren ist nicht genug.

„Die Leute halten Kopffüßer oft für ein und dasselbe“, sagte Dr. Albert. „Oktopusse, Tintenfische – sie sind alle matschig und schwimmen im Ozean herum. Aber sie sind eigentlich ganz anders.“

Es gibt jedoch ein Problem mit Tintenfischeiern. Alle, mit denen Albertin gearbeitet hat, haben eine „harte, ledrige Eierschale“, sagte sie. Ihre Nadeln können es nicht durchbohren. Sie war in der Lage, mit einer Schere in die Eier zu schneiden – nur um auf ein anderes Problem zu stoßen, das Dr. Rosenthal höflich als „Überdruck“ bezeichnete und Dr. Albertin beschrieb, dass das Eigelb „aus der Eierschale herausgedrückt wird wie Zahnpasta aus einer Tube“.

„Ehrlich gesagt, ich weiß nicht, ob irgendjemand schon herausgefunden hat, wie man in ein Oktopus-Ei spritzt“, sagte Dr. Albert.

Die Wissenschaftler halten es nicht für unmöglich. Aber sie müssen es herausfinden, bevor der Kleine Pazifische Streifenkrake zu der Art von Modellorganismus wird, die sich Dr. Rosenthal vorgestellt hat.

Kopffüßerbabys unter dem Mikroskop von Caroline Albertin.
Dr. Albertin, Entwicklungsbiologin am Marine Biology Laboratory.

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Während die Bearbeitung mit dem kleineren pazifischen gestreiften Oktopus immer noch schwer fassbar ist, könnte die Art helfen, ein weiteres Geheimnis der Kopffüßer zu lösen.

Octopus bimaculoides, oder der kalifornische Zweifleck-Oktopus, ist ein gewöhnlicher Laborkopffüßer, den Wissenschaftler aus der Wildnis bekommen können. Aber es hat Nachteile. Zum einen ist es viel größer – ein Octopus-Becken mit zwei Stellen im Marine Biological Laboratory hat oben einen Ziegelstein, damit sein Insasse nicht herauskommen kann.

Das andere Problem ist, dass die Mütter sterben. Ein Zwei-Punkt-Oktopus im Labor war aktiv und neugierig und schoss einen Wasserstrahl auf Besucher; Ein benachbarter Tank hielt ein sterbendes Weibchen, das über ihre Haufen durchsichtiger Eier gejagt wurde. Die Mutter bewegte sich nicht, ein Auge war sichtbar.

Der rasche Rückgang der Tintenfischmütter fasziniert Z. Yan Wang, einen evolutionären Neurowissenschaftler an der University of Washington, Seattle. „Dieses Tier mit einem so komplexen Nervensystem lebt so kurz“, sagte Dr. Wang.

In einer Studie aus dem Jahr 2018 dokumentierte sie, wie weibliche Zweifleck-Kraken zum ersten Mal aufhörten zu essen, während sie sich um ihre Eier kümmerten, sie streichelten und Wasser über sie pusteten. Dann wurden die Mütter blass und begannen sich seltsam zu verhalten, manchmal fraßen sie ihre eigenen Armspitzen oder verletzten sich mit ihren Saugnäpfen, bevor sie starben.

Ein zweipunktiger Oktopus im Marine Biological Laboratory, der einen Stein auf seinem Tank benötigt, um zu verhindern, dass er entkommt.

Wang hofft, mehr über diesen Prozess zu erfahren, wenn sie im Herbst ihr eigenes Labor eröffnet. Sie plant, kleinere pazifisch gestreifte Tintenfische aus der von Mr. Grasse und Co. gegründeten Kolonie zu erwerben und ihre eigene Kolonie mit ihren Methoden zu gründen. In den Gehirnen der Tiere findet sie vielleicht den Schlüssel, der sie die Fortpflanzung überleben lässt.

Sie hat sich mit einer Gruppe anderer Kopffüßer-Forscher, einschließlich des Cape Cod-Teams, getroffen, um darüber zu sprechen, wie die Verwendung des kleinen pazifischen Streifenkraken in der Forschung vorangebracht werden kann. „Wir sind alle sehr an dieser Spezies interessiert“, sagte Dr. Wang.

Caldwell, der Octopus chierchiae nicht über zwei Generationen hinaus züchten konnte, war ebenfalls Teil dieser Gespräche. Er sagte, die Ergebnisse in der Einrichtung in Woods Hole, die die Tiere drei Generationen lang am Leben erhalten, seien vielversprechend.

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Von den sieben wilden Octopus chierchiae haben Mr. Grasse und seine Kollegen über 700 Kinder, Enkel und Urenkel aufgezogen. In der letzten Generation ließen sie die Kolonie jedoch im Stich.

Es war 2020, und aufgrund von Covid-Beschränkungen konnte sich jeweils nur eine Person in der Einrichtung aufhalten. Die Wissenschaftler mussten die Krakenzucht bremsen, um sich zu entspannen, stellten sie nicht mehr Tiere her, als sie sich erhoffen konnten. Nur ein Koloniemitglied, eine über 2 Jahre alte geriatrische Frau, lebt noch.

Außerdem zeigte die Kolonie Anzeichen von Inzuchtproblemen. Weniger Jungtiere erreichten das Erwachsenenalter. Ein Baby mit 16 Armen geschlüpft.

In diesem Winter kamen jedoch fünf neue kleinere pazifische Streifenkraken aus Nicaragua in die Einrichtung. Die Wissenschaftler werden das, was sie gelernt haben, nutzen, um eine neue Kolonie zu gründen. Dieses Mal hoffen sie, den Pool wieder gesund zu halten, indem sie regelmäßig neue Wildtiere hinzufügen.

Mit Blick auf ihr Wohlergehen stellt Herr Grasse Muscheln, künstliche Pflanzen und andere Gegenstände zur Verfügung, um die künstlichen Behausungen aller Kopffüßer zu bereichern. Er macht auch, während die Tiere Abwechslung in ihrer Ernährung haben, Szenenwechsel und hin und wieder ein lustiges Projekt wie eine Garnele in einem Glas. Diese Anreicherungen helfen ihrer „geistigen Gesundheit“, sagte er.

Ein kleiner pazifischer Streifenkrake, der sich in seinem Tank versteckt. „Sie haben bei weitem das größte Gehirn aller Wirbellosen“, sagte Joshua Rosenthal, leitender Wissenschaftler des Labors, über Kopffüßer.
Dr. Rosenthal mit den Tanks des Labors. Das Labor wendet die gleichen ethischen Richtlinien mit seinen Bewohnern von Kopffüßern an, die für die Gerichtsbarkeiten gelten.

Arten ihr natürliches Verhalten zeigen zu lassen, sei es die Jagd nach Beute oder das Verstecken im Sand, verringert ihren Stress, sagte sie Robyn Crook, Neurowissenschaftlerin an der San Francisco State University. In ihrem eigenen Labor „sind die Gehege, die wir für Tintenfische verwenden, unglaublich reichhaltig, so dass wir sie oft nicht finden können“, sagte sie.

Dr. Crook hält eine sich selbst erhaltende Kolonie von Kolibri-Bobtail-Tintenfischen, die sie mit Individuen aus dem Marine Biological Laboratory begann. In einer Studie aus dem vergangenen Jahr zeigte sie, dass Oktopusse Schmerzen zu empfinden scheinen. Sie hofft, dass die biologischen Erkenntnisse ihres Labors Einfluss darauf haben, wie andere Wissenschaftler diese Tiere in Gefangenschaft heilen.

„Je besser das Wohlergehen des Tieres, desto bessere experimentelle Daten erhält man. Und desto weniger Tiere braucht man“, sagte Dr. Crook. „Und ganz allgemein ist es die bessere Wissenschaft.“

In den Vereinigten Staaten regeln keine Gesetze die Forschung an Wirbellosen. Wenn Wissenschaftler ein Tier mit einem Rückgrat, wie eine Maus, einen Vogel oder einen Fisch, untersuchen möchten, benötigen sie eine Ethikgenehmigung von einem Ausschuss ihrer Institution. Wissenschaftler, die Würmer – oder hochintelligente Kopffüßer – untersuchen, können tun, was sie wollen.

Einige Institutionen, darunter das Marine Biological Laboratory, verwenden freiwillig dasselbe Überprüfungsverfahren für ihre Forschung zu Kopffüßern. „Wir wollen mit ihnen das Richtige tun“, sagte Dr. Rosenthal.

Da es keine neuen Gesetze gibt, sagt Dr. Crook, dass die Zucht in Gefangenschaft eine weitere Möglichkeit ist, das Wohlergehen von Tintenfischen und anderen Kopffüßern zu verbessern. Wenn ein Tier aus der Wildnis stammt, wissen die Forscher nicht, wie es gefangen oder behandelt wurde, bevor es sie erreichte.

„Es gibt nicht wirklich andere Quellen für in Gefangenschaft gezüchtete Kopffüßer als das MBL. Es ist also eine erstaunliche Ressource“, sagte sie.

Crook hofft, dass das Team in Woods Hole durch die Aufzucht von Tieren wie dem kleineren pazifischen Streifenkraken nicht nur das Leben von Labortieren verbessert, sondern Wissenschaftlern ein leistungsstarkes neues Werkzeug zur Beantwortung großer Fragen in der Biologie an die Hand gibt.

„Sie sind unglaublich komplex – evolutionär gesehen, neurobiologisch gesehen – und sie sind völlig anders als wir, weshalb wir sie untersuchen“, sagte Dr. sagte Kruk. „Kopffüßer sind in einer wirklich einzigartigen Position, uns Dinge über das Gehirn zu erzählen, die wir sonst vielleicht nie erfahren würden.“

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