On things and thinking:

design and
nature

How shall we interpret and design landscape/nature/world to meet the great challenges posed by climate change?
How will we create new ways of thinking for a sustainable society?

On things and thinking: design and nature provides a platform for polyphony, complementarity and crossover. Scientists, designers, artists, writers and philosophers present stories and future models in which the complexity of landscape/nature/world is (re)discovered.

Hoe zullen we landschap/natuur/wereld denken en vormgeven om tegemoet te komen aan de grote uitdagingen die de klimaatproblematiek stelt?
Hoe creëren we nieuwe denkkaders voor een duurzaam samenleven?

On things and thinking: design and nature biedt ruimte aan meerstemmigheid, complementariteit en crossover. Wetenschappers, ontwerpers, kunstenaars, schrijvers en filosofen brengen verhalen en toekomstmodellen waarin de complexiteit van landschap/natuur/wereld wordt (her)ontdekt.

Primaten van de zee

11/10/2021

Eve Seuntjens is professor in de biologie, eenheid Dierenfysiologie en Neurobiologie (KU Leuven), en gespecialiseerd in ontwikkelingsbiologie. In onderstaande bijdrage is de octopus het onderzoeksonderwerp.

Octopussen fascineren mensen al sinds lange tijd. Vaak worden ze geassocieerd met akelige wezens, aliens, kraken, die je vastgrijpen en meesleuren in de diepte en enkel slechte bedoelingen hebben. Het onbekende beangstigt, begrijpelijk, maar onterecht. Aristoteles noemde de dieren domme wezens: “als je je hand in het water steekt, komen ze naar je toe”. Ze laten zich dus makkelijk vangen. Ondertussen weten we beter. Octopussen zijn nieuwsgierig, en hebben een zenuwstelsel met evenveel neuronen als een klein aapje. Ze gebruiken hun hersencapaciteit voor een bijzonder arsenaal aan cognitief hoogstaande gedragingen. Ze kunnen leren door observatie van anderen, ze spelen, gaan allianties aan met vissen om efficiënt te jagen. Ze zijn ontsnappingskoningen, hebben een sterk geheugen en dromen. Maar deze dieren hebben ook heel bijzondere nieuwe eigenschappen die we, buiten andere cefalopoden zoals zeekatten en inktvissen, bij geen enkel ander dier aantreffen. Bliksemsnelle camouflage is één van deze. Het ene ogenblik is de octopus wit, dan weer chocoladebruin, gevlekt of maakt hij uitstulpingen die op een plant lijken. Hun verre familie de zeekatten zijn de absolute meesters in camouflage (zie video Ontmoeting met Sepia). Die kleur- en textuurveranderingen zijn niet enkel nodig voor het verstoppen bij gevaar. Cefalopoden gebruiken hun huid als canvas en projecteren hun emoties en hun intenties erop. Zo wordt de huid een veelzijdig communicatiemiddel – slim bedacht als je onder water leeft.


Ontmoeting met Sepia,
Rinca, Indonesia, 2018
© video David Moens
Wanneer Sepia latimanus oog in oog komen te staan met een mens vermommen ze zich tot koraal, tot het moment dat ze beseffen dat er geen gevaar is, en dan reppen ze zich naar andere oorden.

 

Multifunctionele armen en grote breinen. Maar octopussen zijn dus allesbehalve wreedaardig. Als je een octopus tegenkomt, kan je gerust een hand uitsteken: die wordt soms beantwoord met een voorzichtig proefcontact. Inderdaad, octopussen proeven met hun zuignappen, waarin gespecialiseerde smaakreceptoren zitten die hun armen naar prooien leiden. Die armen dienen niet enkel voor proeven, maar ook voor het voortbewegen. Sommige octopussoorten zijn gekend om 2 armen te gebruiken als benen en stappen zo rond op de zeebodem. De andere armen dienen dan om zaken mee te dragen. De derde arm van rechts is bij mannelijke octopussen anders van vorm: een haakvormig einde kan binnendringen bij een octopusvrouwtje en spermazakjes deponeren. Dit is nog niet de eigenlijke bevruchting: wanneer het vrouwtje voldoende eitjes klaar heeft, zal het de meest geschikte spermazakjes uitkiezen om haar eitjes te laten bevruchten. Deze laatsten worden dan netjes in trossen opgehangen en bewaakt tot ze ontluiken en octopuslarfjes wegzwemmen (zie video Het ontluiken van een nieuwe generatie). Op dat moment is het larfje van de gewone octopus (Octopus vulgaris) 2 mm groot, maar ongeveer een kwart van zijn lichaam is neuraal weefsel (zie video Het ongewoon grote octopusbrein in 3D).


Het ontluiken van een nieuwe generatie 
© video  Eve Seuntjens. Leuven, België, 2020
Octopus vulgaris embryos ontwikkelen in eistrengen gedurende een maand. Aan het einde gebruikt het octopuslarfje zijn krachtige mantelspieren en jetstroom om zich uit het ei te bevrijden. De geboorte van een nieuwe generatie.

Het ongewoon grote octopusbrein in 3D
© animatie Ali Murat Elagoz, beeldvorming door Zeiss Z1 light sheet microscope (Carl Zeiss AG, Germany), 3D reconstructie met ARIVIS software (Vision4D, Zeiss Edition 2.10.5). Leuven, België, 2021
Beeldvorming door light sheet microscopie, annotatie van verschillende hersendelen en 3D reconstructie geeft een beeld van de ruimte die de hersenen innemen in een octopuslarfje.

 

Een evolutionair enigma. Dat octopussen geëvolueerd zijn binnen het phylum van de weekdieren, waaronder ook buikpotige slakken en tweekleppige mossels, is zeer bijzonder. Buiten hun weke lichamen hebben deze dieren schijnbaar erg weinig gelijkenissen, zeker wanneer je denkt aan hun intelligente gedrag en grootte van hun zenuwstelsel. Hoe hebben ze dat voor mekaar gekregen? In het onderzoek naar evolutie van dieren maakt men vaak gebruik van fossielen, waarbij evolutionaire tussenstappen gevisualiseerd worden. Maar hoe doe je dat bij dieren die geen enkel bot in hun lichaam hebben (buiten hun bek, maar die alleen geeft weinig info over de vorm van het lichaam)? De ontwikkeling van nieuwe technologieën in de gensequenering in de laatste 2 decades heeft hierin een ware revolutie teweeggebracht. Steeds meer genetische codes worden gepubliceerd van allerlei dieren, waaronder ook cefalopoden. We kunnen nu al die codes vergelijken en ontdekken welke organismes genetisch meer verwacht zijn. Dit heeft al geleid tot het hertekenen van de evolutionaire boom van het leven, maar het leidde ook tot een heel bijzondere ontdekking over de ontstaansgeschiedenis van octopussen. Deze had vooral te maken met de volgorde waarin genen voorkomen in het genetisch materiaal, de zogenaamde syntenie. Genetisch materiaal is georganiseerd in chromosomen, en doorgaans, als je dieren vergelijkt, is die genenvolgorde redelijk goed bewaard gebleven. Zo vinden we min of meer dezelfde reeksen genen terug in alle bilateria, dieren met een tweeledige symmetrie. Een typisch voorbeeld is de Hox gencluster, die het lichaamsbouwplan bepaalt in vrijwel alle dieren, van insecten tot zoogdieren.

Chromosomale big bang. Laat dat nu net zijn wat totaal anders is in octopussen. Waar de genenvolgorde van de Sint-Jacobschelp en een kleine visachtige nog redelijk vergelijkbaar is, is die van de octopus volledig overhoop gehaald. Het lijkt erop dat chromosomaal materiaal massaal is gefragmenteerd, waarna het terug aan elkaar is geplakt, maar anders. Het is moeilijk te vatten hoe deze organismes dit überhaupt hebben overleefd, maar het is een gemeenschappelijk kenmerk van de genomen van octopussen, zeekatten en inktvissen. We kennen soortgelijke grote veranderingen, zoals bijvoorbeeld duplicatie van het hele genoom, ook van onze eigen ontstaansgeschiedenis. We weten dat het zeldzaam is, en dat het een grote impact heeft.

Maar welke impact heeft zo een reorganisatie van genen dan precies? Sinds het Humane Genome Project, dat voor de eerste maal de genetische code van de mens in kaart bracht, zijn er duizenden genomen afgelezen. Wetenschappers gingen ervan uit dat meer complexe organismes wellicht veel meer genen hadden dan minder complexe wezens. Dit bleek echter niet (helemaal) juist. Het aantal genen bleek verrassend gelijkaardig zijn gegeven de verscheidenheid aan lichaamsbouw. De informatie die in de genen ligt, wijzigt dus niet zo drastisch. Deze coderende informatie is echter maar een deel van het genoom. De niet-coderende informatie, die tussen de genen ligt, bevat de instructies waar welk gen moet afgeschreven worden, en hoeveel ervan, en voor hoelang. Als chromosomen gefragmenteerd geraken en anders aan mekaar gelinkt worden, zal die niet-coderende informatie ook aan andere genen gekoppeld geraken. Alsof je fornuis plots in de slaapkamer staat en je douche in je bureel. Het is niet ondenkbaar dat de aparte lichaamsbouw en nieuwe kenmerken van octopussen, zeekatten en inktvissen hierdoor tot stand konden komen. Maar het maakt het feit dat zij een ongewoon grote intelligentie konden ontwikkelen nog meer bijzonder. Onvergelijkbaar. Alien.


Driedubbele hartslag
© video Ali Murat Elagoz, opname gemaakt met een a Leica DM6 Upright Microscope, Leuven, België, 2019
Een octopus heeft 3 harten: twee op de kieuwen, en één voor de bloedcirculatie door het lichaam. De hartslagen kan je al zien tijdens de embryonale fase, wanneer het doorzichtige embryo nog groeit op zijn dooier.

 

Eve Seuntjens