Motherboard

We kunnen veel over onszelf leren van het DNA van octopussen

“Ik zie octopussen als het eindproduct van een geheel ander traject, dat toch ook tot intelligentie heeft geleid.”

door Shayla Love
22 juli 2019, 8:23am

Het is een grijze middag als ik in het lab van Frank Grasso in het Brooklyn College naar een aquarium sta te gluren. In de achterhoek van de tank zit een grijs blobje me met één oog aan te kijken. Het is een octopus. Hij heeft nog geen naam – hij was de vorige dag pas bezorgd, door FedEx. Grasso vertelt me dat dit de reden is dat hij zo schuchter is. Ik kan me er iets bij voorstellen – per post verzonden worden lijkt mij ook niks – maar ben wel ietwat teleurgesteld dat mijn eerste ervaring met een octopus er zo uitziet.

In The Soul of an Octopus schrijft Sy Montgomery dat ze graag een octopus wilde ontmoeten omdat dit dier “het grote mysterie van De Ander” vertegenwoordigt. Een half miljard jaar geleden zijn mensen evolutionair gezien een andere tak ingeslagen, en octopussen verschillen inmiddels zoveel van ons dat ze net zo goed buitenaardse wezens zouden kunnen zijn. “Het is een dier dat gif heeft als een slang, een snavel als een papegaai, en inkt als een oude vulpen,” schrijft Montgomery. “Een octopus kan evenveel wegen als een mens, zich uitrekken tot de grootte van een auto, maar kan z’n botloze lichaam ook door een opening ter grootte van een sinaasappel drukken. Hij kan van kleur en vorm veranderen, en dingen proeven met z’n huid. En het meest fascinerende is dat ik heb gelezen dat ze intelligent zijn.”

Vooral dat laatste prikkelt onze fantasie. In een aflevering van Blue Planet II vecht een octopus met een haai door z’n tentakels in de kieuwen van de haai te steken om hem te doen stikken, en vervolgens door zichzelf te camoufleren onder een berg schelpen. Het is een fascinerend stukje televisie.

Deze intelligentie is een van de redenen waarom onderzoekers als Grasso octopussen bestuderen. Het zijn ongewervelde dieren wiens hersenen opvallend verschillend zijn van die van mensen, maar die toch complexe probleemoplossende vaardigheden bezitten, dingen kunnen leren, en een geheugen hebben ontwikkeld. “Ik zie octopussen als het eindproduct van een geheel ander traject, dat toch ook tot intelligentie heeft geleid,” vertelt Grasso me. Als hij uit kan vogelen hoe octopussen precies in elkaar zitten, wat precies de elementen van hun biologie en hersenen zijn die bijdragen aan hun intelligentie, dan zou hij weleens fundamentele waarheden kunnen ontdekken over wat de vereisten voor intelligentie in het algemeen zijn – dus ook bij mensen.

Octopussen zijn vreemd. Ze hebben drie harten, hersenen die om hun slokdarm heen gewikkeld zitten, en hun bloed bevat koper om zuurstof te vervoeren, waardoor ze blauw bloeden, niet rood.

Als we het echter gaan hebben over hun intelligentie, moeten we het eerst hebben over hun hersenen. In eerste instantie lijken die op de onze: ze zijn bilateraal georganiseerd, wat betekent dat ze verdeeld zijn in een linker- en rechterkant. Maar die twee helften samen is maar ongeveer tweevijfde van het octopusbrein. De andere drievijfde, en de rest van het centrale zenuwstelsel van de octopus, zit verspreid door z’n hele lichaam en z’n armen. Elke arm kan zelfstandig bewegen en handelen. Het is een beetje, zegt Grasso, alsof wij een ruggenmerg hadden dat doorliep in onze armen en benen. Omdat hun zenuwstelsel op deze manier is uitgespreid zou een octopus nog steeds kunnen functioneren als je grote delen van zijn bilaterale brein eruit lepelt. Dat weten we omdat wetenschappers dit hebben gedaan. De octopus kon zichzelf nog steeds voeden, voortbewegen, en gedroeg zich verder bijna normaal.

Grasso is het met me eens dat gesprekken over de intelligentie van dieren vaak bol staan van projecties en antropomorfismen, dus praat hij liever over wat octopussen precies kunnen doen met dat rare brein van ze. Als Grasso bijvoorbeeld een krab in een potje met een deksel erop in het aquarium doet, geeft hij de octopus in wezen een taak waar evolutie hem niet op voorbereid kan hebben. Er komen niet veel potjes met dekseltjes voor in de natuur. Toch weet een octopus binnen enkele minuten het potje open te maken. Het is een probleem dat andere zeedieren nooit op zouden kunnen lossen, aldus Grasso.

“Ze kunnen naar willekeur gecompliceerde dingen leren,” voegt hij eraan toe. “Ze verwerven continu nieuw gedrag. Ze leren hoe ze nieuwe voedselbronnen moeten exploiteren die hun voorouders niet gebruikten, en ze kunnen ingewikkelde bewegingen leren om dat te doen. Ze kunnen getraind worden, als een hond. Er is bewijs dat ze kunnen leren door te observeren, wat heel bijzonder is voor een solitair dier.”

Primaten, waaronder mensen, zijn sociale dieren, en er zijn theorieën die stellen dat onze eigen intelligentie voornamelijk voort is gekomen uit interactie met anderen. Maar octopussen verschillen hierin radicaal van ons: ze zijn vanaf hun geboorte compleet solitair. “Ze zijn op een volledig andere manier tot deze intelligentie gekomen,” zegt Grasso. “Het gaat terug naar het idee van wat intelligentie eigenlijk echt is. Bij octopussen is intelligentie niet ontstaan omdat ze complexe sociale problemen op moesten lossen.”

Zelfs de manier waarop ze zich voortbewegen vereist denkkracht. In tegenstelling tot mensen en andere dieren met inwendige of uitwendige skeletten is de octopus een ongewerveld dier: hij heeft geen harde delen, behalve de ’snavel’. Als ik een appel wil pakken is er een beperkt aantal manieren waarop ik kan reiken, afhankelijk van mijn elleboog-, pols- en schoudergewricht. Octopussen daarentegen hebben een oneindig aantal verschillende manieren waarop ze diezelfde appel kunnen bereiken. Uitvogelen hoe ze moeten manoeuvreren, en niet twee maar acht armen moeten coördineren, vraagt flink wat van de hersenen, zegt Grasso.

Ze hebben ook een indrukwekkend camouflagesysteem. De huid van een octopus bestaat uit een groot aantal ‘zakjes’ gekleurde olie, of pigmenten, waar spieren aan bevestigd zitten. Als een octopus een deel van een arm bruin wil maken dan strekt hij die spieren; wil hij dat de arm rood is, trekt hij ze juist aan. Ze kunnen kleuren mengen, en complexe tinten en patronen maken, waardoor ze tegen vrijwel elke achtergrond kunnen verdwijnen.

Grasso denkt dat dit deels hun krachtige brein kan verklaren: ze moeten duizenden inktzakjes onder neurale controle beheersen. En daarbij komt dat de octopus ook kleurenblind is; hij weet deze meesterlijke camouflage te realiseren zonder zelf kleur te kunnen zien. “Dat is een ingewikkelde puzzel,” zegt Frank. “Hoe kan een dier kleuren matchen, terwijl er geen bewijs is dat ze de visuele pigmenten hebben die nog zijn om kleur te zien, zoals wij mensen wel hebben?”

Het is waarschijnlijk wel waar dat wij als mensen soms teveel opzet of betekenis toekennen aan wat octopussen doen. Toch is de opbouw van hun lichaam en hersenen nog steeds een diepe bron van biologische informatie, en we hebben nog meer te leren, aldus Clifton Ragsdale, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Chicago. Zijn onderzoek gaat verder dan alleen het waarnemen van de eigenaardigheden van de octopus; Ragsdale was deel van het team dat voor het eerst de genoomsequentie van een octopus bepaalde.

“Er zijn een hoop onderzoeken gedaan naar het brein en het gedrag van de octopus,” zegt hij. “Maar die onderzoeken maakten gebruik van de methoden van die tijd, en hoewel ze veel informatie opgeleverd hebben, vertellen ze ons niets over microcircuits van het brein. Dit maakte dat we bijvoorbeeld niet konden achterhalen hoe het dier visuele informatie verwerkt, of hoe z’n geheugen werkt.” Dankzij hun onderzoek kwamen Ragsdale en zijn collega’s erachter dat de octopus een groot genoom heeft, bijna even groot als mensen zelfs. Het octopusgenoom is vijf tot zes keer groter dan die van andere ongewervelden, en heeft ongeveer dubbel zoveel chromosomen.

Het lab van Ragsdale is ook begonnen met onderzoek doen naar de manier waarop octopussen hun ledematen kunnen regenereren. Als je een arm van een octopus amputeert, groeit deze vanzelf terug en kan deze nog redelijk goed functioneren. Maar een octopusarm is meer dan een arm – het is een complex camouflagesysteem. En de zuignappen, die niet alleen gebruikt worden voor voortbeweging, maar ook om te voelen en te proeven, zijn een uitbreiding van het centrale zenuwstelsel.

Mensen, aan de andere kant, kunnen helemaal niet regenereren. “Nou ja, na een avondje bingedrinken regenereer je je lever,” zegt Ragsdale. “Maar die heeft geen complexe, driedimensionale structuur. We gaan geen inzicht krijgen in mogelijke mechanismen voor dit soort structurele vernieuwing door naar mensen te kijken, en meer in het algemeen, ook niet door naar zoogdieren te kijken. Daarvoor moeten we elders in het dierenrijk zijn.”

Volgens Ragsdale zou octopusregeneratie in theorie toegepast kunnen worden bij verwondingen of schade aan ruggenmerg. Om deze reden zou het heel nuttig zijn om te weten hoe ze in staat zijn om een deel van hun zenuwstelsel terug te groeien. Het zal niet zo snel mogelijk zijn om octopus-DNA te gebruiken om onze eigen genen te bewerken, maar het is een voorbeeld van waarom hij denkt dat deze moleculaire aanpak zo nuttig is: we kunnen beginnen met het uit elkaar halen van hun genoom, om te zien hoe ze precies de dingen doen die ze doen, in plaats van dat we er alleen maar vol verwondering naar kijken.

Weer andere moleculaire onderzoeken hebben ons juist inzicht gegeven in de manieren waarop octopussen op ons lijken. Benny Hochner, neurobioloog aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, heeft onderzoek gedaan naar het geheugen van octopussen. De octopus lijkt net zoals mensen een korte- en een langetermijngeheugen te hebben, verdeeld over verschillende delen van de hersenen. En volgens onderzoek van hoogleraar Jean Boal aan de Universiteit van Millersville in Pennsylvania lijken octopussen net als mensen een REM-slaap te hebben. Als dat inderdaad het geval is, dan betekent dit dat octopussen dit volledig onafhankelijk van onze soort hebben ontwikkeld. “Dat zou betekenen dat het een fundamentele, belangrijke functie is, die nodig is,” zegt ze. “En dat kan ons weer helpen te begrijpen wat zo belangrijk is aan slapen.”

Niet al het onderzoek naar octopussen is zo provocerend. In een artikel in Slate schrijft Daniel Engber dat het laboratorium van Hochner ook ontdekt had dat in een bepaald experiment de octopussen juist heel traag leerden, en dat de manier waarop ze zich voortbewegen eigenlijk best simplistisch en geautomatiseerd is. Hiermee breekt hij met de verheven positie van de octopus vergeleken met andere ongewervelden. Hij haalt een ander onderzoek aan waarin staat dat octopussen helemaal niet zulke sterke persoonlijkheden hebben, wat betekent dat alle anekdotes van onderzoekers over speelse, gezellige octopussen slechts deels waar kan zijn, maar vooral ook antropomorfisch.

Maar waarom zouden we zo streng zijn voor de octopus? Moeten ze per se geweldige leerlingen zijn die uiteenlopende persoonlijkheden hebben, voordat we vergelijkend biologisch onderzoek op ze kunnen loslaten? Nee, natuurlijk niet. We zijn misschien een beetje uit de bocht geschoten in onze obsessie met hun streken en unieke eigenschappen, maar dat maakt ze niet minder interessant.

Ragsdale zegt dat veel van zijn collega’s huiverig zijn voor het woord ‘intelligentie’ omdat het vaak is misbruikt. Maar hij denkt dat vooral de media een loopje heeft genomen met de ‘geniale’ octopus. Het is mij niet gelukt om een onderzoeker te vinden die bereid was om hun intelligentie te antropomorfiseren. “We geven de voorkeur aan uitdrukkingen als ‘uitstekende probleemoplossers’, of ‘erg vindingrijk in hun omgeving’,” zegt hij.

Bovendien zegt Grasso dat vergelijkende biologie en psychologie niet gaan over het rechtstreeks toepassen van onze intelligentie op octopussen, of andersom. Het gaat er vooral om dat je ziet hoe de evolutie problemen op een andere manier heeft opgelost, of hoe er juist intrigerende overeenkomsten zijn ontstaan. Het is geen wedstrijd tussen onze intelligentie en die van hen, en daarom moeten we niet van ze verwachten dat hun gedrag overeenkomt met het onze. Ook moeten we proberen om ze niet direct met elkaar te vergelijken, ook al lijken ze op elkaar.

“Het belangrijkste is dat hun hersenen op een heel andere manier georganiseerd zijn, en heel anders is dan het onze, op vrijwel iedere mogelijke manier – behalve dat het neuronen bevat en bilateraal is,” zegt hij. “En toch werken al deze delen samen om een coherent, goed afgestemd organisme te produceren dat effectief kan functioneren in z’n wereld. De octopus is de beste versie van zichzelf, net zoals wij mensen dat van onszelf zijn.”

Grasso is nu begonnen met zijn experimenten met de twee nieuwe octopussen. Hij heeft ze Quasimodo en Queen genoemd; elke twee octopussen krijgen een naam die met dezelfde letter begint. De tests zijn niet bedoeld om uit te wijzen wat voor persoonlijkheden Quasimodo en Queen hebben, maar om te kijken of ze nieuwe dingen kunnen leren, en wat ze kunnen onthouden. Het is belangrijk dat we geen menselijke eigenschappen op deze dieren projecteren, zegt hij, maar octopussen bestuderen herinnert ons eraan dat onze intelligentie niet de enige vorm van intelligentie is.

“Het gaat uiteindelijk over de definitie van wat intelligentie is, en daarom stelt vergelijkende psychologie zulke fundamentele vragen,” zegt hij. “Wat intelligentie is, wat het niet is, hoe ver het kan gaan. Het is betoverend om te kunnen begrijpen wat intelligentie is door naar heel veel voorbeelden ervan te kijken, in plaats van arrogant te zeggen: ik weet wat intelligentie is – het is wat wij mensen doen.”