章魚的手臂表現出非凡的靈巧性，能夠彎曲、扭轉和捲曲，運動範圍幾乎無限。 芝加哥大學的研究人員發現，控制這些動作的神經系統是分段的。 這種專門的電路使章魚能夠精確地控制它們的八隻手臂和數百個吸盤，使它們能夠探索周圍環境、操縱物體並異常精確地捕捉獵物。

章魚的手臂利用分節神經系統對吸盤進行精確運動和感官控制，形成了一種被稱為”吸盤視圖”的空間地圖。 研究發現，烏賊的觸手俱樂部也有類似的結構，但在非吸盤區域卻不存在，這反映了烏賊在演化過程中對不同環境的適應。 資料來源：Cassady Olson

章魚的每條手臂上都有一條巨大的神經索，這條神經索被分成若干節，可以精確地控制章魚的運動，並形成章魚吸盤的空間分佈圖。

芝加哥大學神經生物學教授、該研究的資深作者克利夫頓-拉格斯代爾博士說：”如果你要擁有一個控制如此動態運動的神經系統，這是一個很好的設置方法。我們認為，這是軟體頭足類專門進化出的一個特徵，它們帶有吸盤，可以進行這些類似蠕蟲的運動。

該研究最近發表在Nature Communications。

章魚的每條手臂都有一個龐大的神經系統，八條手臂上的神經元總和比章魚大腦中的神經元還要多。 這些神經元都集中在一條巨大的軸神經索（ANC）中，這條神經索沿著手臂來回蜿蜒，每一個彎曲都會在每個吸盤上形成一個增大點。

章魚bimaculoides

領導這項研究的計算神經科學專業研究生卡薩迪-奧爾森（Cassady Olson）希望分析ANC的結構及其與加州雙點章魚（Octopus bimaculoides）手臂肌肉組織的聯繫，加州雙點章魚是一種原產於加州海岸附近太平洋的小型物種。 她和她的合著者、發育、再生和乾細胞生物學專業的研究生格蕾絲-舒爾茨（Grace Schulz）試圖在顯微鏡下觀察手臂的薄圓形橫截面，但樣本總是從載玻片上掉下來。 他們試著將手臂縱向切成條狀，結果運氣更好，這讓他們有了一個意想不到的發現。

章魚腕足的動作靈巧得令人難以置信，彎曲、扭轉和捲曲的自由度幾乎無限大。 圖片來源：Cassady Olson

透過使用細胞標記和成像工具來追蹤ANC 的結構和連接，他們發現神經元細胞體被擠壓成柱狀，形成像波紋管一樣的片段。 這些節段被稱為隔膜的縫隙分隔開來，神經和血管從這些縫隙通往附近的肌肉。 來自多個節段的神經連接到肌肉的不同區域，這表明這些節段共同控制運動。

奧爾森說：”從建模的角度考慮，為這種非常長而靈活的手臂建立控制系統的最佳方法是將其分成若干段。分段之間必須有某種交流，你可以想像這將有助於平滑運動。

吸盤的神經也透過這些隔膜從ANC流出，系統地連接到每個吸盤的外緣。 這表明神經系統為每個吸盤繪製了空間或地形圖。 章魚可以獨立移動和改變吸盤的形狀。 吸盤上也佈滿了感官受器，讓章魚能品嚐和嗅聞觸碰過的東西，就像手與舌頭和鼻子的結合。 研究人員認為，他們所稱的”吸盤視圖”促進了這種複雜的感官運動能力。

為了弄清楚這種結構是否常見於其他軟體頭足類動物，奧爾森也研究了大西洋中常見的長鰭近海魷魚（Doryteuthis pealeii）。 這種烏賊有八隻手臂，像章魚一樣有肌肉和吸盤，另外還有兩個觸手。 觸手有一根沒有吸盤的長柄，末端有一根有吸盤的棍棒。 捕食時，烏賊可以伸出觸手，用有吸盤的棍棒抓住獵物。

奧爾森用同樣的方法研究了烏賊的長條觸手，他發現沒有吸盤的觸手柄中的ANC沒有分節，但末端的棍棒卻與章魚一樣分節。 這表明，分節ANC 是專門為控制頭足類中任何類型的靈巧、帶吸盤的附肢而設計的。 不過，烏賊觸手棒每個吸盤的分節較少，這可能是因為它們不像章魚那樣利用吸盤來感覺。 烏賊在開闊水域捕食時更多地依靠視覺，而章魚則在海底遊蕩，並用靈敏的臂作為探索工具。

雖然章魚和烏賊是在2.7 億多年前分化而來的，但它們用吸盤控制部分附肢的方式存在共通性，而沒有吸盤的部分則存在差異，這表明進化總是能夠找到最佳解決方案。

拉格斯代爾說：”擁有這些帶有吸盤的附肢並能像蠕蟲一樣運動的生物需要合適的神經系統。不同的頭足類已經形成了一種分節結構，其細節因環境的需求和數億年進化的壓力而有所不同。

編譯自/ scitechdaily