Kolkrabbar geta ekki einungis komist leiðar sinnar í gegnum flókin völundarhús manna og lært af mistökum annarra tegundarfélaga, heldur búa þeir einnig yfir undraverðri sjálfstjórn.
Tilraunir sýna að hungraður kolkrabbi getur látið vera að éta bitastæða kóngarækju sem liggur fyrir framan hann, þegar hann er viss um að hljóta mun veigameiri bita – eftir tveggja mínútna bið.
Geta hans til að skilja að slík afneitun á skjótum ávinningi muni leiða til betri umbunar í framtíðinni er augljóslega merki um mjög þróaða greind sem auðveldlega má jafna við greind simpansa, kráka og páfagauka.
Líffræðingar hafa til þessa furðað sig á því hvernig jafn einfalt lindýr hefur getað þróað svo ótrúlega greind en nú hefur teymi vísindamanna við Harvard University nálgast möguleg svör við því.
Þeir hafa rannsakað hvernig taugavefir þróast í gagnsæjum fóstrum kolkrabba og það sem þeir fundu kom þeim verulega í opna skjöldu.
500 milljónir taugafrumna eru að finna í níu heilum kolkrabbans.
Taugavefur þeirra myndast og þróast með nánast sama hætti og gerist hjá mönnum.
Þetta útskýrir ekki einvörðungu hvers vegna atferli kolkrabba er jafn flókið og raun ber vitni, heldur getur það jafnframt bent til þess að vísindamenn séu nú nær því að greina grunnuppskrift náttúrunnar á fyrirbærinu „greind“.
Mýkri skrokkur eflir taugarnar
Kolkrabbar eru flokkur harla óvenjulegra lindýra sem telja um 800 þekktar tegundir í öllum stærðum og gerðum – allt frá pínulitlum krílum sem eru minni en einn cm, til kyrrahafs-kolkrabbans sem getur náð yfir 50 kg þyngd. Svo ekki sé minnst á náskylda ættingja þeirra, smokkfiskana sem geta verið 18 metra langir og einhver hundruð kílóa þungir.
Dýraflokkur þessi varð til við hina svokölluðu kambrísku sprengingu fyrir um 530 milljón árum síðan, ásamt forfeðrum annarra stórra dýraflokka. Fyrstu kolkrabbarnir voru – rétt eins og önnur lindýr – varðir með harðri ytri skel.
Eftir því sem rándýr sjávar urðu stöðugt færari við að brjótast í gegnum þessa skel þróaðist í hennar stað innri stoðgrind sem veitti kolkröbbum betri möguleika til að flýja árásina.
Fyrstu kolkrabbarnir komu fram u.þ.b. 530 milljón árum og var með kalkríka skel. Síðar losuðu þeir sig við skeljarnar og urðu að finna nýjar leiðir til að verja sig.
Þessi innri skel hvarf smám saman fyrir einhverjum 160 – 100 milljón árum síðan og ruddi þannig brautina fyrir mjúku stoðgrindarlausu kolkrabbana sem við þekkjum nú til dags.
Umbreyting þessi gerði kolkrabba langtum sveigjanlegri, fimari og sneggri. Sumar núlifandi tegundir geta t.d. skotist undan áreiti með hraða sem nemur allt að 40 km/klst. En án líkamlegra varna urðu kolkrabbarnir einnig berskjaldaðri og þróuðu því með sér ótrúlegustu varnarkerfi.
Þetta álag náttúruvalsins leiddi af sér þróaðra taugakerfi þannig að kolkrabbinn gat þá mun skjótar unnið úr marvíslegum skynhrifum og samhæft átta arma sína en þeir eru alsettir ákaflega næmum skálum. Nýlegar rannsóknir sýna t.d. að sogskálarnar eru þaktar kemískum skynfrumum sem gera kolkrabbanum kleift að bragða á fæðu með snertingunni einni saman.
Með þetta þróaða taugakerfi gátu kolkrabbar ekki einungis skipt um lit, form og áferð húðarinnar, þeir tóku einnig að sýna greinileg merki um töluverða greind.
Meistari dulargerva
Trúðs-kolkrabbinn hefur gert það að keppikefli sínu að herma eftir útliti annarra dýra og hreyfingum. Hann getur t.d. hermt eftir:
Flatfískur
Marglytta
Sækemba
Sæstjarna
Margir kolkrabbar eru svo greindir að þeir minna mikið á hryggdýr eins og spendýr og fugla, miklu fremur en önnur lindýr eins og snigla og samlokur.
Auk þess að vera með mikla sjálfsstjórn og gott minni geta kokrabbar leyst flókin verkefni, notað verkfæri og lært af bæði eigin reynslu sem og reynslu annarra – atferli sem einungis sést hjá hryggdýrum með stóra heila. Greind kolkrabbans er reyndar svo þróuð að þeim leiðist fái þeir ekki nægjanlega örvun í haldi manna.
Átta arma kolkrabbi getur nefnilega státað af um 500 milljón taugum sem er álíka mikið og hjá hundum og litlum prímötum. Heili hans er hins vegar samsettur á allt annan máta.
Kolkrabbinn er með níu heila
Kolkrabbar hafa óvenjulega margar taugafrumur fyrir lindýr að vera. Taugafrumurnar deilast niður á níu heila og umfangsmikið sjónkerfi sem gerir kolkrabbanum að einu greindasta hryggleysingjanum í dýraríkinu.
Aðalheilinn umlykur vélindað
Aðalheilinn liggur í kringum vélindað og skiptist upp í 30 heilablöð – til samanburðar erum við með einungis 8 – og samanstendur af 40-45 milljón taugafrumum. Þessi heili stýrir minni dýrsins, námi og getu þess til að leysa flókin viðfangsefni.
Sjónstöðvar eru þaktar taugum
Á bak við auga sem líkist linsu í myndavél, eru sjónblöð sem vinna með sjónræn skynhrif og senda upplýsingarnar áfram til miðheilans. Sjónrænt taugakerfi kolkrabbans samanstendur af 120 til 180 milljón taugafrumum.
Armarnir hafa hver sinn heila
Hver armur hefur sinn eigin litla heila. Alls sitja tveir þriðju hlutar af samanlögðum fjölda taugafrumna kolkrabbans í örmunum sem geta virkað óháð miðheilanum og eru óspart nýttir í að skynja undirlagið, bragð á mögulegri fæðu og eins á mögulegum mökum.
Aðalheilinn umlykur vélindað
Aðalheilinn liggur í kringum vélindað og skiptist upp í 30 heilablöð – til samanburðar erum við með einungis 8 – og samanstendur af 40-45 milljón taugafrumum. Þessi heili stýrir minni dýrsins, námi og getu þess til að leysa flókin viðfangsefni.
Sjónstöðvar eru þaktar taugum
Á bak við auga sem líkist linsu í myndavél, eru sjónblöð sem vinna með sjónræn skynhrif og senda upplýsingarnar áfram til miðheilans. Sjónrænt taugakerfi kolkrabbans samanstendur af 120 til 180 milljón taugafrumum.
Armarnir hafa hver sinn heila
Hver armur hefur sinn eigin litla heila. Alls sitja tveir þriðju hlutar af samanlögðum fjölda taugafrumna kolkrabbans í örmunum sem geta virkað óháð miðheilanum og eru óspart nýttir í að skynja undirlagið, bragð á mögulegri fæðu og eins á mögulegum mökum.
Meðan spendýr eru með einn stakan heila sem tekur á móti taugaboðum og sendir boð, er einungis um tíundi hluti af heilakerfi kolkrabbans miðlægur. Hinir hlutar heila hans dreifast út í armana sem og tvö stór sjónarblöð á bak við augun.
Þetta kerfi kolkrabbans af mörgum heilum og geta hans til að leysa margvíslegar þrautir hefur vakið mikla furðu vísindamanna, því hvernig getur jafn einfalt lindýr án hryggjarsúlu verið svona klárt?
Þróun heila vekur furðu
Í einni tilraun til að finna svar við þessari spurningu rannsökuðu vísindamenn við Harvard University hvernig sjónstöðvar kolkrabbans þroskast á fósturstigi. Rannsóknin hefur vakið mikla furðu innan fræðaheimsins, þar sem ferlið minnir mikið á sambærilegan þroska sem má greina í spendýrum.
Vísindamennirnir nýttu sér háþróaða smásjá sem sýndi nánast lifandi myndskeið af þróun taugavefsins í gagnsæjum fóstrum kolkrabbans Doryteuthis pealeiis.
Smásjármyndir af fóstrum kolkrabbans Doryteuthis pealeii sýna að kolkrabbarnir byggja taugar í augunum með sama hætti og manneskjur gera.
Myndirnar sýndu að stofnfrumur í nethimnunni umbreytast í aflangar taugafrumur sem pakkast þétt saman og mynda svokallaðan epitel-stoðvef. Yfirleitt liggja frumurnar þar haganlega hlið við hlið en í nethimnu kolkrabbans eru þær inndregnar og virðast vera í mörgum lögum. Slíkan taugavef nefna fræðimenn pseudostratified epithelium.
Í rafeindasmásjánni gátu vísindamenn séð að frumukjarnarnir – sem geyma jú erfðaefnið – hreyfðust upp og niður innan frumnanna bæði fyrir og eftir frumuskiptingu.
Þessi þétta skörun á nýjum taugafrumum felur í sér að taugavefurinn getur náð meiri þykkt og þannig unnið betur úr sjónrænum skynhrifum hvers konar.
Viðlíka vaxtarmynstur eru vel þekkt í hryggdýrum og eru talin vera mikilvæg orsök þess að hryggdýr geti þróað stór og flókin taugakerfi. Það kom þó vísindamönnum sannarlega á óvart að taugakerfi kolkrabba skulu þróast með svipuðum hætti.
Kolkrabbar byggja upp taugavef eins og við
Sérfræðingar hafa rannsakað þróun taugakerfis í augum kolkrabba og uppgötvað að ferlið minnir um margt á þróunina hjá mönnum.
1. Stofnfrumur mynda aflangar taugar
Í nethimnu kolkrabbans eru stofnfrumur sem sjá um að mynda nýjar og aflangar taugafrumur – með sambærilegum hætti og gerist í mönnum. Fyrir frumuskiptingu færast frumukjarnar stofnfrumnanna – sem innihalda DNA – niður á við í frumunni.
2. Frumukjarnar rykkjast til fyrir skiptingu
Tilfærslan tryggir að erfðaefnið deilist með réttum hætti við myndun nýrra taugafrumna. Ferlið sér þannig til þess að nýjar taugafrumur starfi sem best og hafi réttar erfðafræðilegar upplýsingar til að mynda taugavef.
3. Þéttpakkaður taugavefur fangar ljós
Eftir því sem fleiri frumukjarnar myndast skarast þeir hver yfir annan þannig að hægt sé að þjappa taugafrumum þétt saman í svokallað pseudostratified epithelium. Þetta eykur getu nethimnunnar til að fanga ljós.
Þetta er þó ekki eina sviðið þar sem þroskaferli taugakerfis kolkrabbanna líkist því hjá mönnum.
Teymi belgískra vísindamanna hefur þannig uppgötvað að nýmyndaðar taugafrumur hreyfa sig yfir tiltölulega langar fjarlægðir til að byggja upp heila kolkrabbans – rétt eins og er tilvikið í heila manna og annarra spendýra. En þar með eru ekki öll kurl komin til grafar.
Hoppandi gen kolkrabba
Árið 2022 gat alþjóðlegt teymi vísindamanna staðfest að við búum yfir sams konar genum.
Þessi svokölluðu hoppandi gen – á ensku nefnd transposons – tengjast um tæpum helmingi af erfðamengi manna. Gen þessi einkennast af því að geta flutt sig frá einum stað til annars á litningunum og lagt þannig ný drög að frumuskiptingum sem er mikilvægur drifkraftur í m.a. þróun taugakerfis okkar.
Í manneskjum er flokkur slíkra hoppandi gena – sem nefnd eru LINE – sérlega virkur í heilastöðinni dreka (e. hippocampus), ævafornri stöð sem tengist bæði námi og minningum.
Vísindamennirnir uppgötvuðu einnig að í erfðamengi kolkrabbans er að sama skapi fullt af hoppandi genum og að LINE-gen var að finna í sambærilegri útgáfu kolkrabbanna á drekanum sem taka því einnig þátt í námi og minnisvörslu.
5 mýtur um greind: „Karlar eru betri í stærðfræði“
Eru karlar greindari en konur? Erfir maður greind sína frá móður og föður? Og er leti til marks um heimsku? Margar sögusagnir eru á kreiki um greind – sem betur fer geta vísindin greitt úr þeim.
Árið 2017 fundu ísraelskir vísindamenn annan erfðafræðilegan mekanisma sem á sinn þátt í að efla greind kolkrabba.
Í samanburði við önnur lindýr nýta kolkrabbar langtum oftar RNA-stýringu í taugakerfi sínu. RNA myndast út frá DNA-kóða og er síðan þýtt yfir í tiltekið prótín. Yfirleitt eru prótín kóðuð inn í gen dýra sem staðalbúnaður en með líflegri ritstýringu RNA geta kolkrabbar aukið fjölda og gerð prótína.
Vísindamenn telja að útbreidd ritstýring í taugakerfinu sé mikilvæg forsenda þess hversu flókið og snjallt atferli kolkrabba reynist vera.
Greind hefur sína grunnuppskrift
Þrátt fyrir að manneskjur og kolkrabbar tilheyri gjörólíkum dýraflokkum – við þurfum að fara um 600 milljón ár aftur í tímann til að finna síðasta sameiginlega forföður okkar – er þróuð greind engu að síður komin fram með sjálfstæðum hætti í hvorum tveggja hópanna.
Metabók kolkrabbanna:
Sá stærsti*
Tveir risar deila titlunum sem stærstu smokkfiskar heims – og eru þar með stærstu hryggleysingjarnir. Tröllasmokkfiskurinn Mesonychoteuthis hamiltoni er þyngstur og getur vegið allt að 495 kíló. Risasmokkfiskurinn Architeuthis dux, er hins vegar lengstur og getur náð meira en 18 metrum með fálmurum. *Smokkfiskar eru ekki eiginlegir kolkrabbar en þó náskyldir þeim.
Sá eitraðasti
Eitt bit frá bláhringjuðum kolkrabba er banvænt. Bitið inniheldur taugaeitrið tetrótoxín sem er 1.200 sinnum öflugra en blásýra og leiðir til alvarlegrar lömunar, m.a. í hjarta og lungum. Minna en eitt millígramm af því getur drepið fullvaxna manneskju.
Sá dýpsti
Árið 2020 náðist mynd af Dumbo-kolkrabbanum á um 7.000 metra dýpi í Javagröfinni í Indlandshafi og var þáverandi met slegið um 1.800 metra. Hvernig kolkrabbinn þolir þennan gríðarlega þrýsting er ennþá hulin ráðgáta.
Fyrirbæri þetta er nefnt samhliða þróun (e. convergent evolution) og þar sem þróunarferli heila spendýra og kolkrabba á sér margvíslegar hliðstæður, getur það verið til marks um að greind þróist á sérstakan máta.
Þetta hyggst teymi vísindamanna við Harvard University rannsaka nánar, þ.e. hvernig taugungar virka í aðalheila kolkrabbanna. Finni sérfræðingarnir fleiri vensl milli þessara tveggja ólíku dýraflokka, má leiða líkur að því að þeir séu komnir á sporið um þróunarfræðilega uppskrift að greind dýra og líffræðilegri byggingu hennar.
