Drömmer bläckfiskar som människor?

Om en intelligent rymdvarelse plötsligt damp ner på jorden så skulle Horst Obenhaus vara väl lämpad att utforska den. Han är expert på hjärnan hos bläckfiskar – varelser med tre hjärtan, blått blod och ett nervsystem som lätt får mänskliga hjärnor att fantisera om utomjordisk intelligens.

Människans och bläckfiskarnas senaste gemensamma släktning levde för ungefär 550 miljoner år sedan. Antagligen var den en halvt genomskinlig plattmask med primitivt nervsystem och ögonliknande fläckar av ljuskänsliga celler. Från denna varelse har evolutionen sedan skapat både oss och bläckfiskarna.

– Bland alla ryggradslösa djur på jorden är bläckfiskarna ensamma om att ha utvecklat en hjärna som kan mäta sig med ryggradsdjurens, säger Horst Obenhaus, som är hjärnforskare vid Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet i Trondheim, och just nu gästforskare vid Marine biological laboratory i Woods Hole, USA.

I själva verket är det missvisande att tala om en hjärna hos bläckfiskar. Deras nervsystem är utspritt. Den centrala hjärnan bildar en ring runt matstrupen – vilket innebär att den tänjs ut när bläckfisken sväljer en stor tugga. Ringen är uppbyggd av drygt trettio lober specialiserade på bland annat syn, minne och kontroll av hudens pigmentceller. Bläckfiskar har en unik förmåga att blixtsnabbt ändra både färg och hudstruktur för bland annat kamouflage och social kommunikation. 

I nervsystemet ingår även utlokaliserade hjärnor i anslutning till var och en av de åtta armarna. Det innebär att varje arm delvis på egen hand kan utforska omgivningarna genom att slingra sig in i en spricka, känna på underlaget och ”smaka” med sugkopparna.

Bläckfiskar och andra huvudfotingar har intresserat människor i tusentals år. Den grekiske filosofen Aristoteles skrev om dem i sin bok Djurens historia redan på 300-talet f.Kr. Men det skulle dröja ända till slutet av 1800-talet innan en modern era av systematiska laboratorieförsök kom i gång. Vid Stazione zoologica i Neapel, Italien, gjordes bland annat viktiga studier av anatomi och embryoutveckling hos lokala arter.

I Nordamerika upptäckte forskare att vissa tioarmade bläckfiskar aktiverar ett slags enormt grova nervceller när de flyr från ett rovdjur. Cellens utskott – det så kallade axonet – kan vara över en millimeter tjockt och synligt med blotta ögat. Det är känt att tjocka axon signalerar snabbare än tunna. Därför är djurens jätteaxon som gjorda för att snabbt dra ihop muskler i manteln och skjuta i väg kroppen som en jetdriven undervattensraket.

Jätteaxon är också som gjorda för elektrofysiologiska mätningar med elektroder. Forskning på tioarmade bläckfiskar ligger till grund för mycket av det vi i dag vet om hur nervceller även i den mänskliga hjärnan fyrar av elektriska signaler och kommunicerar via synapser. År 1963 gick ett Nobelpris i fysiologi eller medicin till tre forskare som studerat jätteaxon från bläckfiskar. En av pristagarna, britten Alan Hodgkin, reflekterade senare i ett högtidstal över att priset egentligen borde ha gått till en tioarmad bläckfisk.

Genombrottet bidrog till ett allmänt ökat intresse för huvud­fotingar bland hjärnforskare, och framsteg gjordes inom bland annat minnets och inlärningens neurobiologi. Men så småningom avtog entusiasmen på grund av tekniska svårigheter.

Naturvetenskapliga framsteg är ofta starkt kopplade till metoder för att mäta intressanta egenskaper. Utvecklingen har gått fort när det gäller nya sätt att studera genetik och andra biologiska mekanismer hos vanliga försöksdjur som bananflugor, zebrafiskar, möss och råttor. Men det har gått trögt att överföra metoderna till blötdjur.

Horst Obenhaus har lång erfarenhet av att mäta aktiviteten i enskilda hjärnceller hos råttor. I sex år arbetade han på Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet i Trondheim tillsammans med May-Britt och Edvard Moser. År 2014 belönades paret Moser med Nobelpriset i fysiologi eller medicin för upptäckten av gitterceller, ett slags nervceller som däggdjur använder för att orientera sig i rummet. Horst Obenhaus fäste elektroder i kraniet hos råttor och mätte cellernas aktivitet medan de utforskade sin miljö. Den metoden skulle aldrig fungera på en bläckfisk.

– De har inget kranium att fästa något på, och hela hjärnan är formbar och mjuk som en tvättsvamp, säger Horst Obenhaus.

Bläckfiskar kan manövrera i enkla labyrinter, och har inga problem att hitta hem till sin skyddande håla på havsbottnen efter en jakttur. Men än så länge har ingen lyckats göra mätningar som skulle behövas för att ta reda på om deras lokalsinne liknar däggdjurens, eller om de har utvecklat ett helt annat sätt att hitta rätt.

På senare år har bläckfiskforskningen dock gjort viktiga framsteg. År 2020 rapporterade forskare vid Marine biological laboratory i Woods Hole att de skapat världens första gentekniskt förändrade huvudfoting. Vid samma institution hölls år 2024 för första gången en neurovetenskaplig konferens helt inriktad på huvudfotingar. Ett av ämnena som diskuterades flitigt var vad som händer i huvudet på en bläckfisk när den sover.

Sömn i olika former förekommer hos allt från däggdjur och fåglar till insekter, fiskar, maskar och nässeldjur. Hos däggdjur brukar sömnen delas in i två huvudtyper. Under REM-sömnen (rapid eye movement) rör sig ögonen snabbt och aktiviteten i hjärnan påminner om vakenhet. Under icke-REM-sömnen är aktiviteten lägre och stora grupper av nervceller fyrar av i takt, vilket alstrar långsamma elektriska vågor i hjärnbarken. Drömmar är vanligast under REM-sömnen.

Den som någonsin sett en hund slumra under ett soffbord kan lätt få intryck av att den drömmer. Taktfasta ryckningar i tassarna, några kast med svansen och kanske ett dämpat gläfs går att tolka som tecken på livfulla inre upplevelser. Liknande tecken finns också hos bläckfiskar.

– Under sömnen kan man se att ögonen rör sig, och att armarna rycker till. Det påminner verkligen om en sovande hund eller katt, säger Horst Obenhaus.

Liksom hundar och katter verkar även sovande bläckfiskar växla mellan stilla sömn och korta faser av ökad aktivitet. Dock finns en uppseendeväckande skillnad. Under den aktiva sömnfasen byter bläckfisken utseende på bråkdelar av en sekund. En del av den centrala hjärnan styr pigmentceller i huden så att den sprakar av färger och mönster. Dessutom kan strukturen växla från slät till taggig och tillbaka till slät i nästan lika hög takt. Huden blir som ett fönster rakt in i det sovande djurets nervsystem.

Förändringarna går betydligt fortare än hos kameleonter och andra djur som kamouflerar sig eller kommunicerar via ett kroppsspråk i färg. Rent teoretiskt skulle bläckfiskens hud alltså kunna avslöja vad den för ögonblicket drömmer.

Å andra sidan kanske bläckfiskens aktiva sömn är något helt annat än däggdjurens REM-sömn, kanske rent av ett vaket tillstånd. Det finns alltid en risk för antropomorfisering, alltså att människan från sin specifika position i evolutionens stora träd tolkar främmande livsformer som mer lika oss själva än de i själva verket är.

Bläckfisken Octopus laqueus är en liten krabat som först upptäcktes utanför ögruppen Okinawa i södra Japan. Dagtid ligger den oftast och trycker i en håla, medan den ägnar nätterna åt att jaga bottenlevande kräftdjur. Den nattaktiva livsstilen, liksom det faktum att arten är lätt att hålla i akvariemiljö, ledde till att den fick huvud­rollen i en ambitiös studie av bläckfiskars sömn.

En grupp forskare vid Okinawa institute of science and technology började med att försiktigt dutta med en mjuk målarpensel mot en Octopus laqueus i ett akvarium med några minuters mellanrum från morgon till kväll under två dagar. När bläckfisken äntligen fick vila ostörd kom den aktiva sömnen snabbare och oftare än normalt. Det betyder att beteendet fyller en viktig funktion för hjärnan och faktiskt är ett slags sömn, enligt en rapport i tidskriften Nature år 2023. Forskarna tar fasta på att bläckfisken bygger upp ett behov när den tvingas vara vaken – och tar igen förlusten när den får vara ifred – vilket är ett klassiskt tecken på sömn.

Efter penselförsöken gick forskarna vidare med betydligt mer avancerade metoder. Med hjälp av ett specialmikroskop skapade de en tredimensionell atlas över Octopus laqueus centrala hjärna. I nästa steg gjorde de mätningar med en neuropixels-prob, en nål med en tjocklek på några hundradels millimeter, som kan registrera den elektriska aktiviteten vid hundratals platser på en och samma gång. Eftersom bläckfisken slingrar omkring och har en mjuk hjärna som ständigt ändrar form var forskarna tvungna att i efterhand försäkra sig om att de gjort sina mätningar på rätt ställen.

Trots alla tekniska svårigheter blev slutsatsen tydlig: Den elektriska aktiviteten under bläckfiskens olika sömnfaser har stora likheter med vad som pågår i huvudet hos människor och andra ryggradsdjur när vi sover. Under den stilla sömnen delar vi bland annat ett mönster som kallas sömnspolar, korta utbrott av snabba och rytmiska hjärnvågor som anses hjälpa hjärnan att befästa minnen. Och under bläckfiskarnas aktiva sömnfaser ser hjärnvågorna ut som när de är vakna – alltså samma koppling som mellan REM-sömnen och vaket tillstånd hos oss människor.

Tydligen kan hjärnor som ser helt olika ut fungera enligt likartade principer. Likheten är ett exempel på något som kallas konvergent evolution, alltså att en egenskap eller förmåga uppstått flera gånger under livets utveckling. Det gäller även ögon.

– Trots att människans och bläckfiskarnas ögon har utvecklats oberoende av varandra är de förvånansvärt lika när det gäller optisk prestanda, säger Eric Warrant, professor i sinnesbiologi vid Lunds universitet.

Utseendet varierar. Eric Warrant har bland annat studerat jättebläckfiskar från djuphavet vars ögon har en diameter på hela 27 centimeter, störst  i hela djurvärlden. Men precis som människan uppfattar bläckfiskar sin omgivning via ljus som passerar genom en pupill, bryts i en lins och registreras av ljuskänsliga celler i näthinnan.

En närmare granskning av biologiska detaljer skvallrar dock om olika utvecklingslinjer. Hos människor och andra ryggradsdjur är näthinnan vänd ”bak och fram”. De ljuskänsliga cellerna pekar bort från ljuset, som först måste passera genom ett lager av nervceller. Hos bläckfiskar är näthinnan i stället rättvänd så att de ljuskänsliga cellerna pekar direkt mot ljuset.

Bläckfiskar saknar också vår blinda fläck. Hos oss lämnar synnerven ögat genom ett hål i näthinnan där det inte finns några synceller. Hos bläckfiskar går nervtrådarna ut från näthinnans baksida utan att skapa ett sådant tomt område i synfältet.

En annan skillnad gäller färgseendet. Människan har normalt tre typer av färgkänsliga synceller och kan se många färger. De flesta bläckfiskar däremot verkar bara ha en typ av ljuskänsliga celler, och räknas därför som färgblinda. I stället kan de uppfatta polariserat ljus – ljus där vågorna svänger i en viss riktning – en egenskap som är osynlig för oss.

– Det är något av en gåta hur bläckfiskar, som ofta lever i färgrika miljöer men inte uppfattar färger, ändå kan kamouflera sig genom att byta färg, säger Horst Obenhaus.

Hans egen forskning handlar om hur bläckfiskar byter färg både i sömnen och när de är vakna. Specifikt letar han efter mönster från vaket tillstånd som återkommer under sömnen.

Experiment med råttor visar att sekvenser av aktivitet i hjärnan när de sniffar sig fram på jakt efter mat i en labyrint återkommer under REM-sömnen. En möjlig tolkning är att råttan hanterar minnen av olika upplevelser i sina drömmar.

Horst Obenhaus letar efter liknande samband hos bläckfiskar. I sitt laboratorium låter han en bläckfisk vara ensam i ett akvarium i upp till en vecka så att den blir rejält uttråkad. När den till slut får sällskap av en annan bläckfisk uppstår intensiv kommunikation via skiften i hudens färger och mönster. När en bläckfisk somnar efter ett sådant möte registrerar en kamera i akvariet djurets färgförändringar.

– Mina preliminära resultat tyder på att mönstren återkommer hos sovande bläckfiskar, men jag har ännu inte tillräckligt med data för att dra statistiskt säkra slutsatser, säger Horst Obenhaus.

En annan spännande men ännu mer preliminär studie handlar om mardrömmar. En grupp forskare i New York studerade en hane av arten Octopus insularis, en kompakt bläckfisk med tjocka armar och kraftig näbb. Vid fyra tillfällen under en månad fick den häftiga utbrott i sömnen utan någon yttre anledning. En sådan episod inträffade strax före midnatt under den aktiva sömnfasen. Bläckfisken ändrade färg och forskarna lade märke till sammandragningar i sugkopparna, ögonrörelser och till synes uppjagade rörelser i armar och kropp. I nästa ögonblick sköt den i väg som på flykt från en muräna, vevade frenetiskt med armarna och sprutade bläck.

Studien bygger på en enda bläckfisk. En rapport om dess nattliga utbrott har ännu inte blivit fackgranskad och publicerad i en vetenskaplig tidskrift, vilket betyder att resultaten är osäkra. Trots det skriver forskarna att bläckfiskens beteende har stora likheter med mardrömmar hos människor. Om det stämmer är mardrömmar ännu ett exempel på hur nervsystem som rent biologiskt skiljer sig markant från varandra ändå fungerar enligt snarlika principer.