< Terug naar vorige pagina

Project

De neuro-endocriene controle van reproductie en voeding bij Octopus vulgaris

De octopus staat bekend om zijn complexe gedrag en cognitieve vermogen, dat het meest ontwikkeld is van alle ongewervelde dieren: hij vertoont probleemoplossende vaardigheden zoals het openen van potten en leergedrag na herhaalde pogingen (Fiorito et al., 1990). Bovendien zijn onlangs de genomen van drie octopussen gesequenced: Octopus bimaculoides (Albertin et al., 2016), Octopus minor (Kim et al., 2018), en Octopus vulgaris (Zarrella et al., 2019), waardoor het aantal mogelijkheden voor verder onderzoek dat op hen wordt uitgevoerd omhoog schiet. De natuurlijke populatie van O. vulgaris wordt bedreigd door vervuiling van de wateren en de opwarming van de aarde (Ariano et al., 2019; Oliveira et al., 2018; Raimundo et al., 2017; Repolho et al., 2013). Desondanks blijft de consumptie van octopusvlees omvangrijk: alleen in Europa bereikte de totale consumptie in 2017 12,69 miljoen ton, wat boven het wereldgemiddelde ligt. Daarom is het dringend noodzakelijk methoden te ontwikkelen om een duurzame aquacultuur van O. vulgaris tot stand te brengen, teneinde aan de vraag van de voedingsindustrie te voldoen en tegelijkertijd de natuurlijke populatie te behouden. Bovendien is de octopus een uniek ongewerveld dier met een uitstekend leervermogen en intelligentie. Een inktvis (Cephalopoda) zijnde, wordt hij beschermd door de strenge EU-richtlijn 2010/63/EU inzake dierproeven waardoor het wenselijk is om adequate omstandigheden voor het houden van octopussen te scheppen. Wat deze ethische voorwaarden precies inhouden, is nog niet goed bekend. Verder moet ook de prille kennis van de fysiologie van de jonge octopus worden verdiept. Dit doctoraatsproject zal deze kennis voortbrengen door de neuro-endocriene controle van de voortplanting en voeding van de O. vulgaris te onderzoeken. Volgens een recent voorgesteld model (Di Cristo, 2013) zijn voortplantings- en voedingsgedrag met elkaar verbonden dankzij de werking van neuropeptiden en hormonen. De subpedunculaire kwab en de olfactorische kwab in de hersenen van O. vulgaris werken in op de oogklier door respectievelijk de remmende factor FMRFamide en de stimulerende factor octoGnRH (homoloog aan het gewervelde GnRH) vrij te geven. Deze laatste werkt dan waarschijnlijk als een endocriene klier, die een nog onbekend trofisch hormoon afgeeft, dat de gonadale rijping en het voortplantingsgedrag controleert. Neuropeptiden in de reukkwab regelen ook de voedselopname: bijvoorbeeld tijdens het leggen en verzorgen van de eieren stopt het vrouwtje met eten en sterft ze nadat de embryo's zijn uitgekomen. Al deze processen lijken te worden gestuurd door het oogklierhormoon, dat de balans verlegt van voeding- en lichaamsgroei naar voortplanting. Toch blijven de belangrijkste factoren die de rijping van de eicel en de gonaden, het paaien en de bevruchting bij O. vulgaris in gang zetten, slechts bij benadering beschreven. Als eerste stap willen we ontdekken welke factoren betrokken zijn bij deze processen door de samenstelling van de hemolymfe van vrouwelijke octopussen in verschillende reproductieve rijpingsstadia te analyseren. Deze factoren zullen gekarakteriseerd worden door metabolomics en/of peptidomics. Zij zullen in vitro worden getest om na te gaan of zij de peristaltische beweging van de eileider induceren, die nodig is om de rijpe eicel van de eierstok naar de eileiderklier te geleiden, waar hij wordt bevrucht en in het water wordt uitgezet. Deze factoren zullen dan in vivo aan de octopus worden toegediend, door middel van injectie, implantaten of brachiale ademhaling, om de rijping en het paaien van volwassen vrouwtjes te induceren. Een succesvol resultaat zou onderzoekers voor het eerst in staat stellen om continu over embryo's van O. vulgaris te beschikken, waardoor de kwaliteit en de kwantiteit van het wetenschappelijk onderzoek zouden verbeteren, in tegenstelling tot de huidige situatie, waar wetenschappers afhankelijk zijn van de natuurlijke paaiperioden, die twee keer per jaar plaatsvinden. Bovendien zouden aquacultuurinstallaties ook baat hebben bij dit protocol, aangezien het verkrijgen van kuit van octopussen in gevangenschap een minder grote uitdaging zou kunnen worden. Als alternatief zal de in vitro fertilisatie van rijpe oöcyten worden geprobeerd, gebaseerd op het reeds succesvolle protocol voor oceanische pijlinktvissen (Villanueva et al., 2012) en recente waarnemingen bij O. vulgaris die ik tijdens mijn masterscriptieonderzoek heb gedaan. Voorts heeft ons lab de laatste jaren een protocol voor een stand-alone tanksysteem geoptimaliseerd en gepubliceerd, samen met een staging atlas voor het embryonale ontwikkelingsstadium van O. vulgaris binnen het ei (Deryckere et al., 2020). Als tweede stap naar een duurzame en ethische aquacultuur van octopussen, zowel voor wetenschappelijke als commerciële doeleinden, willen we hetzelfde doen met de vrijzwemmende paralarven, het embryonale ontwikkelingsstadium na het uitkomen van het ei. De optimale kweekomstandigheden (pH van het water, temperatuur, zuurstofgehalte, lichtomstandigheden, dichtheid van de paralarven) zullen worden onderzocht om de meest gunstige omgeving voor hun groei te creëren. Het gedrag, de chromatofoorreactie en het spuiten van inkt zullen worden gebruikt als maatstaf voor stress. Optimale kweekomstandigheden en voeding zijn van cruciaal belang, aangezien de paralarven, zodra zij een bepaalde grootte bereiken, onafhankelijk van leeftijd juvenielen worden. Zij vertonen veranderingen in dieet en gedrag door op de bodem van de tanks te rusten en te kruipen in plaats van te zwemmen (Villanueva, 1995). Onze hypothese is dat deze veranderingen vergelijkbaar zijn met een metamorfisch proces waarbij hormonen betrokken zijn. Dit zal worden onderzocht door middel van RNAseq op 2, 5 en 10 dagen oude juvenielen, en qPCR voor bekende hormonen bij metamorfose in andere organismen, zoals het juveniel hormoon en ecdyson bij insecten en schildklierhormoon bij gewervelden. Als we de hormonale weg hebben geïdentificeerd, kunnen we vervolgens onderzoeken of dit metamorfoseproces onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden kan worden geïnduceerd. Dit resultaat zou zowel voor laboratoria als voor de aquacultuur van nut kunnen zijn, aangezien deze transitie momenteel nog precair en moeilijk te realiseren is.

Datum:5 okt 2022 →  Heden
Trefwoorden:octopus, Cephalopoda, reproduction, RNAseq, qPCR, invertebrate, Octopus vulgaris, spawning induction, paralarva, settling, neuropeptide, neuroethology, feeding regulation
Disciplines:Biologie van ongewervelden, Analyse van next-generation sequence data, Endocrinologie, Ontwikkelingsbiologie, Embryologie
Project type:PhD project