gerelateerde inhoud
- De kleine elektrische ladingen in cellen aanpassen, kunnen infecties bestrijden
Vreemde experimenten tonen aan dat platwormen getraind gedrag kunnen behouden, zelfs nadat ze zijn onthoofd. Foto door Flickr-gebruiker gailhampshire
Het is al lang bekend dat veel soorten wormen het opmerkelijke vermogen hebben om hun lichaam en zelfs specifieke organen terug te laten groeien wanneer ze zijn afgesneden. Maar nieuw onderzoek door een paar wetenschappers van de Tufts University heeft aangetoond dat planarians - kleine wezens, vaak platwormen genoemd, die in water of op het land kunnen leven - in staat zijn iets nog verbazingwekkender te regenereren.
De onderzoekers, Tal Shomrat en Michael Levin, trainden platwormen om over een ruw oppervlak te reizen om toegang te krijgen tot voedsel en verwijderden vervolgens hun hoofd. Twee weken later, nadat de hoofden teruggroeiden, herwonnen de wormen op de een of andere manier hun neiging om over ruw terrein te navigeren, zoals de onderzoekers onlangs documenteerden in het Journal of Experimental Biology .
Na twee weken groeiden de hoofden van de wormen terug, samen met de training die ze vóór onthoofding hadden ontvangen. Afbeelding via Journal of Experimental Biology / Shormat en Levin
Interesse in platwormherinneringen dateert uit de jaren 1950, toen een reeks vreemde experimenten door de Michigan-bioloog James McConnell aangaf dat wormen het vermogen konden krijgen om door een doolhof te navigeren door de grondresten van andere platwormen te voeden die waren getraind om door de hetzelfde doolhof. McConnell speculeerde dat een type genetisch materiaal genaamd "geheugen-RNA" verantwoordelijk was voor dit fenomeen en kon worden overgedragen tussen de organismen.
Daaropvolgend onderzoek naar planair geheugen RNA maakte gebruik van het feit dat de wormen gemakkelijk hoofden na onthoofding konden regenereren. In sommige onderzoeken werden de koppen van de wormen afgesneden en vervolgens geregenereerd terwijl ze in RNA-oplossingen zwommen; in anderen, zoals de Field of Science blog aangeeft, werden wormen die al waren getraind om door een doolhof te navigeren getest nadat ze waren onthoofd en hun hoofden teruggroeiden.
Helaas waren de bevindingen van McConnell grotendeels in diskrediet gebracht - critici wezen op slordige onderzoeksmethoden, en sommigen beweerden zelfs dat planariërs geen capaciteit hadden voor langetermijngeheugen - en onderzoek op dit gebied lag slapend. Onlangs hebben Shomrat en Levin echter geautomatiseerde systemen ontwikkeld om de wormen te trainen en te testen, waardoor gestandaardiseerde en rigoureuze maatregelen mogelijk worden gemaakt over hoe de organismen in de loop van de tijd herinneringen hebben verworven en behouden. En hoewel geheugen RNA nog steeds als een mythe wordt beschouwd, heeft hun recente onderzoek bevestigd dat de herinneringen van deze wormen op verbazingwekkend bizarre manieren werken.
Het geautomatiseerde systeem van de onderzoekers elimineerde vooringenomenheid die inherent is aan menselijke waarnemers door de bewegingen van de wormen over de plaat te volgen door camera's en hun locaties te coderen met een computer. Afbeelding via Journal of Experimental Biology / Shormat en Levin
Het geautomatiseerde systeem van de onderzoekers behandelde de wormen, van de soort Dugesia japonica, in twee groepen van 72 elk. De ene groep werd geconditioneerd om tien dagen in een petrischaal met ruwe bodem te leven, de andere in een soepele bodem. Beide gerechten waren gevuld met voldoende wormenvoer (kleine stukjes runderlever), dus elke groep was geconditioneerd om te leren dat hun specifieke oppervlak betekende "eten is in de buurt."
Vervolgens werd elke groep afzonderlijk in een petrischaal met ruwe bodem geplaatst met voedsel dat zich slechts in één kwadrant bevond, samen met een helderblauwe LED. Platwormen vermijden meestal licht, dus tijd doorbrengen in dat kwadrant betekende dat hun verwachting van voedsel in de buurt hun afkeer van licht teniet deed.
Als gevolg van hun conditionering kwamen de wormen die in ruwe containers hadden geleefd veel sneller naar het verlichte kwadrant. De onderzoekers lieten de videocamera's van het geautomatiseerde systeem bijhouden hoe lang het duurde voordat de wormen drie rechte minuten onder de lichten doorbrachten, en degenen die in de ruwe gerechten werden grootgebracht, hadden gemiddeld zes minuten nodig om dit aantal te halen, vergeleken met ongeveer zeven en een half minuten voor de andere groep. Dit verschil toonde aan dat de voormalige groep geconditioneerd was om ruwe oppervlakken met voedsel te associëren en deze oppervlakken gemakkelijker verkende.
Daarna werden alle wormen volledig onthoofd (elk stukje brein werd verwijderd) en met rust gelaten om hun hoofd in de loop van de volgende twee weken te laten groeien. Toen ze terug in de kamer met het ruwe oppervlak werden geplaatst, was de groep die eerder in de ruwe gerechten had geleefd - dat wil zeggen, hun vorige hoofden in de ruwe gerechten hadden geleefd - nog steeds bereid zich in het verlichte kwadrant van de ruwe schotel te wagen en breng daar een langere periode meer dan een minuut sneller door dan de andere groep.
Ongelofelijk als het lijkt, sommige herinneringen aan de ruwe oppervlaktebehandeling lijken voort te hebben geleefd in de lichamen van deze wormen, zelfs nadat hun hoofden waren afgehakt. De biologische verklaring hiervoor is onduidelijk, zoals The Verge blog opmerkt . Eerder onderzoek bevestigde dat het gedrag van de wormen wordt bepaald door hun hersenen, maar het is mogelijk dat sommige van hun herinneringen in hun lichaam zijn opgeslagen, of dat de training die aan hun eerste hoofden is gegeven op de een of andere manier andere delen van hun zenuwstelsel heeft gewijzigd, die vervolgens veranderd hoe hun nieuwe hersenen groeiden.
Er is ook een ander soort verklaring. De onderzoekers speculeren dat epigenetica - veranderingen in de DNA-structuur van een organisme die de expressie van genen veranderen - een rol zou kunnen spelen, misschien het geheugen ("ruwe vloeren = voedsel") permanent coderend in het DNA van de worm.
In dat geval zou dit vreemde experiment weer een verrassend resultaat opleveren. Er bestaat misschien niet zoiets als 'geheugen-RNA', maar bij het speculeren over de rol van genetisch materiaal bij het bewaren van de herinneringen van deze wormen is McConnell misschien toch op de goede weg.
