생물 의학 및 생물 공학 연구를 위한 문어 생태계 구축
1Department of Biomedical Engineering,Michigan State University, 2Neuroengineering division, The Institute for Quantitative Health Science and Engineering,Michigan State University, 3Biomedical Imaging division, The Institute for Quantitative Health Science and Engineering,Michigan State University, 4Department of Radiology,Michigan State University
Summary
문어의 독특한 생리 및 해부학 구조를 이해하면 생물 의학 연구에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이 가이드는 이 종을 수용하기 위해 해양 환경을 설정하고 유지하는 방법을 보여 주며 문어의 신경계 해부학 및 기능을 시각화하기 위한 최첨단 이미징 및 분석 접근법을 포함합니다.
Abstract
생물 의학 연구에 있는 많은 발달은 다른 종에 있는 특정 기능을 지원하는 해부학과 세포 기계장치를 발견해서 영감을 받았습니다. 문어는 과학자들에게 신경 과학, 로봇 공학, 재생 의학 및 보철분야에 대한 새로운 통찰력을 제공한 뛰어난 동물 중 하나입니다. 이 종의 두족류에 대한 연구에는 프로젝트의 성공에 중요한 문어와 생태계모두에 복잡한 시설과 집중 치료가 필요합니다. 이 시스템은 동물에게 안전하고 깨끗한 환경을 제공하기 위해 여러 가지 기계적 및 생물학적 필터링 시스템이 필요합니다. 제어 시스템과 함께 시설을 장기적으로 효과적으로 운영하려면 특수 한 일상적인 유지 보수 및 청소가 필요합니다. 탱크의 풍경을 바꾸고, 다양한 먹이를 통합하고, 작업할 수 있는 도전적인 작업을 도입하여 이러한 지능형 동물에게 풍요로운 환경을 제공하는 것이 좋습니다. 우리의 결과는 MRI와 전신 자동 형광 화상 진찰뿐만 아니라 그들의 신경계를 더 잘 이해하기 위하여 행동 연구 결과를 포함합니다. 문어는 생물 의학 연구의 많은 분야에 영향을 미칠 수있는 독특한 생리학을 가지고. 지속 가능한 생태계를 제공하는 것은 고유한 역량을 발견하는 첫 번째 중요한 단계입니다.
Introduction
생물 의학 연구 및 생물 의학 공학의 새로운 개념은 종종 생물 종들이 환경 및 생리적 조건과 과제를 해결하기 위해 가지고 있는 특정 전략을 식별함으로써 영감을 받습니다. 예를 들어, 반딧불에 있는 형광 특성을 이해하면 다른 모델 유기체에서 세포 활성을 보고할 수 있는 새로운 형광 센서의 개발이 주도되었습니다1; 조류에서 빛에 의해 활성화 된 이온 채널을 식별 세포 및 측두성 특정 빛 기반-신경 변조의 개발을 주도 했다2,3,4,5; 지구의 자기장에 따라 탐색 유리 메기에서 단백질을 발견하는 것은 자기 기반 신경 변조의 발달로 이끌어 냈습니다6,7,8,9,10,11; Aplysia에서 사이펀 반사를 이해하는 것은 행동의 세포 기초를 이해하는 데 도움이되었습니다12,13,14.
연구원은 비 전통적인 실험실 종 보유 하는 생리 기능에 독특한 강점과 새로운 관점을 활용 하 여 현재 생명 공학 및 phylogenetic 도구 상자에 확장 계속. 연방 기관은 다양한 종에 수행 새로운 작업을 자금을 지원하여 연구의 이러한 라인을 지원하기 시작했다.
독특한 해부학 및 재생 능력뿐만 아니라 각 무기의 적응 제어, 매혹적인 생물학자와 엔지니어, 사회의 모든 부분에서 관객을 사로 잡는 동물의 한 속은 문어17입니다. 실제로, 문어의 생리학 및 행동의 많은 양상은 지난 수십 년 동안 연구되었습니다15,16,17,18,19,20,21,22,22,23,24,25,26 . 그러나 최근 분자 및 진화 생물학, 로봇 공학, 운동 기록, 이미징, 기계 학습 및 전기 생리학의 발전은 문어 생리학 및 행동과 관련된 발견을 가속화하고 혁신적인 생명 공학 전략으로 변환27,28,29,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39.
여기에서우리는 문어 축산을 설정하고 유지하는 방법을 설명, 이는 다른 배경, 과학적 관심사, 목표에서 과학자와 엔지니어에 관심과 관련이있을 것입니다. 그럼에도 불구 하 고, 우리의 결과 신경 과학 및 신경 공학 연구에 문어의 응용프로그램에 초점을 맞추고. 문어는 중앙 두뇌에 있는 4,500만 개의 뉴런, 광학 엽에 있는 1억 8천만 개의 뉴런, 그리고 8개의 축 코드 및 말초 신경리아에 있는 추가 3억 5천만 신경을 가진 고도로 발달된 신경계를 가지고 있습니다; 이에 비해 개는 비슷한 수의 뉴런과 고양이의 절반에 불과합니다40. 척추 신경계와는 달리, 문어의 뇌에 있는 뉴런의 수백만을 그들의 팔의 축 코드40,41,42에 있는 뉴런의 수백만에 연결하는 단지 32K efferent 및 140K 분포성 섬유가 있습니다. 이러한 비교적 소수의 상호 연결 섬유는 모터 프로그램의 실행을 위한 대부분의 세부 사항이 문어가 가지고 있는 고유하게 분산된 뉴런 제어를 강조하면서 축 코드 자체에서 수행된다는 것을 시사합니다. 문어의 팔에는 특별한 미세 모터 컨트롤이 있어 용기 안에 있더라도 항아리 뚜껑을 여는 것과 같은 조작 기술을 사용할 수 있습니다. 고도로 발달된 이 프리헨셀레 모터 기능은 세탈로포드(문어, 오징어 및 오징어)(43)의 클래스에 고유합니다.
실제로 수억 년의 진화를 통해 문어는 과학 및 공학 분야에서 새로운 발전과 발전에 영감을 주었던 놀랍고 정교한 게놈 및 생리 시스템을 개발했습니다43,44. 예를 들어, 문어의 빨판의 해부학적 구조를 기반으로 한 방수 접착제 패치는 습식 및 건식 표면에 충실할 수 있다45; 문어의 위장 피부에서 영감을 받은 합성 위장 소재로 평평한 2D 표면을 범프와 구덩이로 3차원 표면으로 변환할 수 있습니다. 미래에 신체 47 내부의 수술 도구로 사용될 수있는 소형 소프트 및 자율 로봇 (즉, Octobots); 탱크와 같은 로봇48에 부착된 팔(즉, OctoArm)도 개발되었다. 문어의 많은 종은 생물 의학 연구에 사용됩니다 예를 들어, 문어 저속한, 문어 시넨시스, 문어 바리아빌리스, 그리고 문어 bimaculoides (O. bimaculoides); O. 저속한 과 O. bimaculoides 는 가장 일반적인 34,49,50. 다른 문어 게놈의 최근 시퀀싱은 특정 관심의 이 속을 만들고 문어 연구에 새로운 국경을 엽니 다34,43,51,52.
우리의 설정에 사용되는 O. bimaculoides는 1949 년에 처음 발견 된 문어의 중간 크기의 종이며, 캘리포니아 중부에서 바하 캘리포니아 반도 17 의 남쪽에 있는 동북 태평양 연안의 얕은 바다에서 발견 될 수 있습니다. 그것은 눈 아래 맨틀에 거짓 안점에 의해 인식 될 수있다. 자이언트 퍼시픽 문어(엔테로토퍼스 도플리니)와 커먼 문어(O. vulgaris)와 비교했을 때, 캘리포니아 2점 문어(O. bimaculoides)의 크기는 비교적 작으며, 몇 센티미터보다 작아 서서히 빠르게 성장하고 있습니다. 실험실 내에서 제기 될 때, 성인 맨틀 크기는 100cm의 평균 크기로 성장할 수 있으며 800 g53,54까지 무게. 문어는 처음 200 일 이내에 급속한 성장 기간을 가지고; 그때까지, 그들은 성인으로 간주되며 평생 동안 계속 성장합니다555,56,57. 문어는 식인풍이 될 수 있습니다, 특히 두 남녀탱크 내에서 함께 보관될 때; 따라서 별도의 탱크58에 개별적으로 보관해야합니다.
Protocol
모든 동물 연구는 미시간 주립 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)에 의해 승인되었다. 1. 문어 탱크 장비 설정 첫째, 재료의 표에 표시된 바와 같이, 해양 환경 시스템에 통합 될 수족관에 대한 모든 비 생물학적 재료를 얻을. 크기는 인치로 제공됩니다. 설치 전에 모든 튜브, 배관 및 필터 시스템 부품을 70% 에탄올과 탈온화(DI) 물로 세척합?…
Representative Results
우리의 연구 결과에 있는 모든 동물은 야생에서 얻어졌고, 따라서 그들의 정확한 나이는 결정할 수 없었고 실험실에서 그들의 체류는 가변이었습니다. 문어 상태는 매일 관찰되었다. 우리는 기생충, 박테리아, 피부 손상, 또는 이상한 행동을 보이지 않았습니다. 동물의 평균 무게는 170.38 +/- 77.25 g이었다. 각 동물은 자신의 40 갤런 탱크에 살고. 1주일 동안 탱크에 대해 기록된 파라미터에 대한 평균 …
Discussion
시스템 설정:
수족관 생태계는 물을 여과하고 산소화하는 기계적 및 생물학적 방법을 모두 사용하는 방식으로 개발되었습니다. 시스템의 필터링 요소는 질소와 산소 수준을 유지하기 위해 양말 필터, 단백질 스키머 및 정기적 인 청소를 활용합니다. 더 중요한 것은, 우리는 또한 위험한 질소 화합물 및 그밖 생물학 폐기물을 소모하고 광합성의 과정을 통해 근해를 통하는 해양 미생…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH UF1NS115817 (G.P.)에 의해 지원되었다. G.P.는 NIH 보조금 R01NS072171 및 R01NS098231에 의해 부분적으로 지원됩니다. 우리는 제라 이미징 플랫폼의 데이터를 수집하고 시각화하는 데 도움이 도움과 지원을 에미트 이미징에서 패트릭 Zakrzewki와 모하메드 Farhoud 감사드립니다. MSU는 브루커 바이오스핀과 연구 계약을 맺고 있습니다.
Materials
| 1-3/4 in. Drill Bit | Home Depot | 204074205 | Glass cutting tool Part number:1 |
| 1" flow sensors | Neptune Systems | Local Dealer | Pipe with sensor to measure water flow Part number:2 |
| 1" Slip Bulkhead Strainer | Bulk Reef Supply | 207113 | Strainer for water leaving tank Part number:3 |
| 10 gallon tank | Pruss Pets | Local Dealer | Fiddler crab holding tank Part number:4 |
| 4 inch X 12 inch 200 Micron Nylon Monofiliment Mesh Filter Sock w/ Plastic Ring | AQUAMAXX | UJ41171 | Filter for large organic matter in sump Part number:5 |
| 40 gallon aquarium | Pruss Pets | Local Dealer | 4 Food aquarium tanks Part number:6 |
| 60g poly tanks – rectangle | Pruss Pets | Local Dealer | 2 Water Storage (salt and freshwater) Part number:7 |
| Active Aqua 1/10th HP Hydroponic or Aquarium Chiller 2018 Model | WayWe | 719574198463 | For cooling water continuously Part number:8 |
| ALAZCO 2 Soft-Grip Handle Heavy-Duty Tile Grout Brush | ALAZCO | B06W2FT5V5 | Tank Cleaning Part number:9 |
| Ammonia Testing Kit | Aquarium Pharmaceuticals | 33D | For water testing Part number:10 |
| Apex system WiFi | Neptune Systems | Local Dealer | System connection for off site monitoring Part number:11 |
| API Aquarium Test Kit | Amazon | B001EUE808 | For water testing Part number:12 |
| API Copper Test Kit | Amazon | B0006JDWH8 | For water testing Part number:13 |
| Aqua Ultraviolet Classic UV 25 Watt Series Units | Aqua Ultraviolet | A00028 | For removing bacteria leaving sump system Part number:14 |
| AquaClear 50 Foam Filter Inserts, 3 pack | Aquaclear | A1394 | Food Tank Carbon Filter Inserts Part number:15 |
| Aqueon QuietFlow LED PRO Aquarium Power Filter 30 | Aqueon | 100106082 | Food tank filtering units Part number:16 |
| Auto Top Off Kit (ATK) (Each includes 1 FMM module, 2 optical sensors and 1 float) | Neptune Systems | Local Dealer | For freshwater tank Part number:17 |
| Automatic top off from RODI (LLC) | Neptune Systems | Local Dealer | From water storage to octopus tanks Part number:18 |
| Banded Trochus Snail | LiveAquaria | CN-112080 | For algae bin Part number:19 |
| Chaetomorpha Algae, Aquacultured | LiveAquaria | BVJ-76354 | For algae bin Part number:20 |
| Clams – Live, Hard Shell, Cherrystone, Wild, USA Dozen | Fulton Fish Market | N/A | Live food Part number:21 |
| Classic Sea Salt Mix – Tropic Marin | Bulk Reef Supply | 211813 | Salt for tank water Part number:22 |
| Clear Masterkleer Soft PVC Plastic Tubing, for Air and Water, 3/4" ID, 1" OD | McMaster | 5233K71 | Cleaning tool Part number:23 |
| Continuum Aquablade-P Acrylic Safe Algae Scraper W/ Plastic Blade – 15 Inch | Marine Depot | 4C31001 | Cleaning tool Part number:24 |
| Copper Testing Kit | Aquarium Pharmaceuticals | 65L | For water testing Part number:25 |
| Curve Refugium CREE LED Aquarium Light | Eshopps | 6500K | Algae bin light Part number:26 |
| Eheim 1262 return pumps | EHEIM | 1250219 | Pump for storage tanks Part number:27 |
| Eshopps R-100 Refugium Sump GEN 3 | Eshopps | 15000 | Sump system Part number:28 |
| Ethyl Alcohol, 200 Proof | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | Anesthesia Part number:29 |
| Extech DO600 ExStik II Dissolved Oxygen Meter | Extech | DO600 | Oxygen measurment Part number:30 |
| Fiddler Crabs; live; dozen | NORTHEAST BRINE SHRIMP | N/A | Live food Part number:31 |
| Filter Cartrages | Aqueon | 100106087 | Food tank filters Part number:32 |
| Florida Crushed Coral Dry Sand – CaribSea | Bulk Reef Supply | 212959 | Sedimate for bottom of tank Part number:33 |
| FMM module | Neptune Systems | Local Dealer | Controller for apex system Part number:34 |
| Fritz-Zyme TurboStart 900 – Fritz | Bulk Reef Supply | 213036 | Bacteria start Part number:35 |
| Hand Operated Drum Pump, Siphon, Basic Pump with Spout, For Container Type Bucket, Pail | Granger | 38Y789 | Water Hand Pump Part number:36 |
| High pH Testing Kit | Aquarium Pharmaceuticals | 27 | For water testing Part number:37 |
| Imagitarium Fine Mesh Net for Shrimp | Petco | 2580993 | Shrimp and fish transfer net Part number:38 |
| Leak Detection Kit (LDK) – Includes FMM module plus 2 ALD sensors | Neptune Systems | Local Dealer | Placed on floor to detect water Part number:39 |
| Lee`S Algae Scrubber Pad Jumbo – Glass | Marine Depot | LE12007 | Cleaning tool Part number:40 |
| Live rocks | Pruss Pets | Local Dealer | Habitat for octopus Part number:41 |
| Long Bottle Cleaning Brush 17" Extra Long | Haomaomao | B07FS7J7PN | Tank Cleaning Part number:42 |
| Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M1028-100ML | Euthanasia Part number:43 |
| Magnetic Probe Rack | Neptune Systems | Local Dealer | For holding apex sensor probes Part number:44 |
| Marine Ghost Shrimp | NORTHEAST BRINE SHRIMP | N/A | Live food Part number:45 |
| Marineland C-Series Canister Carbon Bags Filter Media, 2 count | Chewy | 98331 | For elevated copper levels Part number:46 |
| Nitra-Zorb Bag | Aquarium Pharmaceuticals | AP2213 | Absorbes nirtogen compounds Part number:47 |
| Nitrate Testing Kit | Aquarium Pharmaceuticals | LR1800 | For water testing Part number:48 |
| Nitrite Testing Kit | Aquarium Pharmaceuticals | 26 | For water testing Part number:49 |
| Pawfly 2 Inch Air Stones Cylinder 6 PCS Bubble Diffuser Airstones for Aquarium Fish Tank Pump Blue | Amazon | B076S56XWX | Aierating water Part number:50 |
| Penn Plax Airline Tubing for Aquariums –Clear and Flexible Resists Kinking, 8 Feet Standard | Amazon | B0002563MM | Tubing for connecting air pump to air stone Part number:51 |
| Plumbing with unions/valves plus 3/4" flex hose | Pruss Pets | Local Dealer | Water transport Part number:52 |
| PM1 module | Neptune Systems | Local Dealer | Power control module for apex Part number:53 |
| Protein skimmer | Reef Octopus | AC20284 | Removes biowaste from system Part number:54 |
| PVC Apex Mounting board, grommets, wire mounts | Neptune Systems | Local Dealer | Helps ensure organization for wires and tubing within system Part number:55 |
| PVC Regular Cement and 4-Ounce NSF Purple Primer | Amazon | Oatey – 30246 | For connecting PVC pipes Part number:56 |
| RODI unit | Neptune Systems | Local Dealer | RO Water Part number:57 |
| Salinity Probes | HANNA probes | HI98319 | Measures salinity of water Part number:58 |
| Seachem Pristine Aquarium Treatment | Sea Chem | 1438 | Provides bacteria that break down excess food, waste and detritus Part number:59 |
| Seachem Stability Fish Tank Stabilizer | Sea Chem | 116012607 | Seachem Stability will rapidly and safely establish the aquarium biofilter in freshwater and marine systems Part number:60 |
| Set of lexan tops | Pruss Pets | Local Dealer | Aquarium tank lids Part number:61 |
| Set of Various extended length aquabus cables | Neptune Systems | Local Dealer | Cables for Apex system Part number:62 |
| SLSON Aquarium Algae Scraper Double Sided Sponge Brush Cleaner Long Handle Fish Tank Scrubber for Glass Aquariums | Amazon | B07DC2TZCJ | Cleaning tool Part number:63 |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, 45 Degree Elbow Adapter, 3/4 Socket Female x 3/4 Socket Male | McMaster | 4880K189 | PVC pipe Part number:64 |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, 90 Degree Elbow Adapter, 1 Socket Female x 1 Socket Male | McMaster | 4880K773 | PVC pipe Part number:65 |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Adapter, 1 Socket-Connect Female x 1 Barbed Male | McMaster | 4880K415 | PVC pipe Part number:66 |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Straight Reducer, 2 Socket Female x 3/4 Socket Female | McMaster | 4880K008 | PVC pipe Part number:67 |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Tee Connector, White, 1 Size Socket-Connect Female | McMaster | 4880K43 | PVC pipe Part number:68 |
| Standard-Wall Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 1 Pipe Size, 10 Feet Long | McMaster | 48925K13 | PVC pipe Part number:69 |
| Standard-Wall Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 3/4 Pipe Size, 5 Feet Long | McMaster | 48925K92 | PVC pipe Part number:70 |
| Structural FRP Fiberglass Sheet, 48" Wide x 96" Long, 1/4" Thick | McMaster | 8537K15 | Table top material Part number:71 |
| Structural FRP Fiberglass Square Tube, 10 Feet Long, 2" Wide x 2" High Outside, 1/8" Wall Thickness | McMaster | 8548K33 | Structural table materal Part number:72 |
| Tank Sediment | TopDawg Pet Supply | 8479001207 | Sediment for bottom of fiddler crab tank Part number:73 |
| Temperature probe | Neptune Systems | Local Dealer | Temperature probe for tanks Part number:74 |
| Tetra TetraMarine Large Saltwater Flakes for all Marine Fish | Amazon | B00025K0US | Fish, shrimp, and crab food Part number:75 |
| Tetra Whisper Aquarium Air Pump for 10 gallon Aquariums | Petco | 2335234 | Air pump for smaller tanks Part number:76 |
| Thick-Wall Through-Wall Pipe Fitting, for Water, PVC Connector, 1 Socket-Connect Female | McMaster | 36895K843 | PVC pipe Part number:77 |
| Vectra s2 pump | Bulk Reef Supply | 212141 | Aquarium Pump Part number:78 |
| Water Pump | TACKLIFE | GHWP1A | Pump for cleaning tanks Part number:79 |
| Wyze Cam v2 1080p HD Indoor WiFi Smart Home Camera with Night Vision | Amazon | B076H3SRXG | DeepLabCut Recording Part number:80 |
References
- Wet, J. R., Wood, K. V., DeLuca, M., Helinski, D. R., Subramani, S. Firefly luciferase gene: structure and expression in mammalian cells. Molecular and Cellular Biology. 7 (2), 725-737 (1987).
- Han, X., Boyden, E. S. Multiple-color optical activation, silencing, and desynchronization of neural activity, with single-spike temporal resolution. PLoS One. 2 (3), 299 (2007).
- Zhang, F., et al. Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry. Nature. 446 (7136), 633-639 (2007).
- Li, N., et al. Optogenetic-guided cortical plasticity after nerve injury. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (21), 8838-8843 (2011).
- Airan, R. D., Li, N., Gilad, A. A., Pelled, G. Genetic tools to manipulate MRI contrast. NMR Biomedicine. 26 (7), 803-809 (2013).
- Cywiak, C., et al. Non-invasive neuromodulation using rTMS and the electromagnetic-perceptive gene (EPG) facilitates plasticity after nerve injury. Brain Stimulation. 13 (6), 1774-1783 (2020).
- Hwang, J., et al. Regulation of Electromagnetic Perceptive Gene Using Ferromagnetic Particles for the External Control of Calcium Ion Transport. Biomolecules. 10 (2), (2020).
- Lu, H., et al. Transcranial magnetic stimulation facilitates neurorehabilitation after pediatric traumatic brain injury. Scientific Reports. 5, 14769 (2015).
- Krishnan, V., et al. Wireless control of cellular function by activation of a novel protein responsive to electromagnetic fields. Bioscience Reports. 8 (1), 8764 (2018).
- Mitra, S., Barnaba, C., Schmidt, J., Pelled, G., Gilad, A. A. Functional characterization of an electromagnetic perceptive protein. bioRxiv. , 329946 (2020).
- Hunt, R. D., et al. Swimming direction of the glass catfish is responsive to magnetic stimulation. PLoS One. 16 (3), 0248141 (2021).
- Kandel, E. R., Krasne, F. B., Strumwasser, F., Truman, J. W. Cellular mechanisms in the selection and modulation of behavior. Neurosciences Research Program bulletin. 17, 521 (1979).
- Carew, T. J., Castellucci, V. F., Kandel, E. R. An analysis of dishabituation and sensitization of the gill-withdrawal reflex in Aplysia. International Journal of Neuroscience. 2 (2), 79-98 (1971).
- Kandel, E. R. The molecular biology of memory storage: a dialog between genes and synapses. Bioscience Reports. 21 (5), 565-611 (2001).
- Forsythe, J. W., Hanlon, R. T. Effect of temperature on laboratory growth, reproduction and life-span of octopus-bimaculoides. Marine Biology. 98 (3), 369-379 (1988).
- Forsythe, J. W., Hanlon, R. T. Behavior, body patterning and reproductive-biology of octopus-bimaculoides from California. Malacologia. 29 (1), 41-55 (1988).
- Pickford, B. M. The Octopus bimaculatus problem: A study in sibling species. Bulletin of the Bingham Oceanographic Collection. 12, 1-66 (1949).
- Sumbre, Y., Fiorito, G., Flash, T. Control of octopus arm extension by a peripheral motor program. Science. 293 (5536), 1845-1848 (2001).
- Gutfreund, Y., et al. Organization of octopus arm movements: a model system for studying the control of flexible arms. Journal of Neuroscience. 16 (22), 7297-7307 (1996).
- Gutfreund, Y., Matzner, H., Flash, T., Hochner, B. Patterns of motor activity in the isolated nerve cord of the octopus arm. The Biological Bulletin. 211 (3), 212-222 (2006).
- Hague, T., Florini, M., Andrews, P. L. R. Preliminary in vitro functional evidence for reflex responses to noxious stimuli in the arms of Octopus vulgaris. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 447, 100-105 (2013).
- Hochner, B., Brown, E. R., Langella, M., Shomrat, T., Fiorito, G. A learning and memory area in the octopus brain manifests a vertebrate-like long-term potentiation. Journal of Neurophysiology. 90 (5), 3547-3554 (2003).
- Hochner, B., Glanzman, D. L. Evolution of highly diverse forms of behavior in molluscs. Current Biology. 26 (20), 965-971 (2016).
- Hvorecny, L. M., et al. Octopuses (Octopus bimaculoides) and cuttlefishes (Sepia pharaonis, S. officinalis) can conditionally discriminate. Animal Cognition. 10 (4), 449-459 (2007).
- Kier, W. M., Stella, M. P. The arrangement and function of octopus arm musculature and connective tissue. Journal of Morphology. 268 (10), 831-843 (2007).
- Levy, G., Hochner, B. Embodied organization of octopus vulgaris morphology, vision, and locomotion. Frontiers in Physiology. 8, 164 (2017).
- Giorgio-Serchi, F., Arienti, A., Laschi, C. Underwater soft-bodied pulsed-jet thrusters: Actuator modeling and performance profiling. The International Journal of Robotics Research. 35 (11), 1308-1329 (2016).
- Han, S., Kim, T., Kim, D., Park, Y., Jo, S. Use of deep learning for characterization of microfluidic soft sensors. IEEE Robotics and Automation Letters. 3 (2), 873-880 (2018).
- Hanassy, S., Botvinnik, A., Flash, T., Hochner, B. Stereotypical reaching movements of the octopus involve both bend propagation and arm elongation. Bioinspiration and Biomimetics. 10 (3), 035001 (2015).
- Hochner, B., Shomrat, T., Fiorito, G. The octopus: a model for a comparative analysis of the evolution of learning and memory mechanisms. The Biological Bulletin. 210 (3), 308-317 (2006).
- Imperadore, P., Fiorito, G. Cephalopod tissue regeneration: consolidating over a century of knowledge. Frontiers in Physiology. 9, 593 (2018).
- Imperadore, P., et al. Nerve regeneration in the cephalopod mollusc Octopus vulgaris: label-free multiphoton microscopy as a tool for investigation. Journal of the Royal Society, Interface. 15 (141), 20170889 (2018).
- Levy, G., Flash, T., Hochner, B. Arm coordination in octopus crawling involves unique motor control strategies. Current Biology. 25 (9), 1195-1200 (2015).
- Li, F., et al. Chromosome-level genome assembly of the East Asian common octopus (Octopus sinensis) using PacBio sequencing and Hi-C technology. Molecular Ecology Resources. 20 (6), 1572-1582 (2020).
- Lopes, V. M., Rosa, R., Costa, P. R. Presence and persistence of the amnesic shellfish poisoning toxin, domoic acid, in octopus and cuttlefish brains. Marine Environmental Research. 133, 45-48 (2018).
- Mazzolai, B., Margheri, L., Dario, P., Laschi, C. Measurements of octopus arm elongation: Evidence of differences by body size and gender. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 447, 160-164 (2013).
- McMahan, W., et al. . Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2006. , 2336-2341 (2006).
- Meisel, D. V., Kuba, M., Byrne, R. A., Mather, J. The effect of predatory presence on the temporal organization of activity in Octopus vulgaris. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 447, 75-79 (2013).
- Nesher, N., Levy, G., Grasso, F. W., Hochner, B. Self-recognition mechanism between skin and suckers prevents octopus arms from interfering with each other. Current Biology. 24 (11), 1271-1275 (2014).
- Wells, M. J. . Octopus : Physiology and behaviour of an advanced invertebrate. , (1978).
- Young, J. Z. . The anatomy of the nervous system of Octopus vulgaris. , (1971).
- Zullo, L., Sumbre, G., Agnisola, C., Flash, T., Hochner, B. Nonsomatotopic organization of the higher motor centers in octopus. Current Biology. 19 (19), 1632-1636 (2009).
- Albertin, C. B., et al. The octopus genome and the evolution of cephalopod neural and morphological novelties. Nature. 524 (7564), 220-224 (2015).
- Albertin, C. B., Simakov, O. Cephalopod Biology: At the intersection between genomic and organismal novelties. Annual Review if Animal Biosciences. 8, 71-90 (2020).
- Baik, S., et al. A wet-tolerant adhesive patch inspired by protuberances in suction cups of octopi. Nature. 546 (7658), 396-400 (2017).
- Pikul, J. H., et al. Stretchable surfaces with programmable 3D texture morphing for synthetic camouflaging skins. Science. 358 (6360), 210 (2017).
- Wehner, M., et al. An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots. Nature. 536 (7617), 451-455 (2016).
- McMahan, W., et al. Field trials and testing of the OctArm continuum manipulator. Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2006. ICRA. , 2336-2341 (2006).
- Hochner, B., Brown, E. R., Langella, M., Shomrat, T., Fiorito, G. A learning and memory area in the octopus brain manifests a vertebrate-like long-term potentiation. Journal of Neurophysiology. 90 (5), 3547-3554 (2003).
- Tapia-Vasquez, A. E., et al. Proteomic identification and physicochemical characterisation of paramyosin and collagen from octopus (Octopus vulgaris) and jumbo squid (Dosidicus gigas). International Journal of Food Science & Technology. 55 (10), 3246-3253 (2020).
- Kim, B. -. M., et al. The genome of common long-arm octopus Octopus minor. GigaScience. 7 (11), (2018).
- Zarrella, I., et al. The survey and reference assisted assembly of the Octopus vulgaris genome. Scientific data. 6 (1), 13 (2019).
- Forsythe, J. W., Hanlon, R. T. Effect of temperature on laboratory growth, reproduction and life span of Octopus bimaculoides. Marine Biology. 98 (3), 369-379 (1988).
- Stoskopf, M. K., Oppenheim, B. S. Anatomic features of Octopus bimaculoides and Octopus digueti. Journal of Zoo and Wildlife Medicine. 27 (1), 1-18 (1996).
- Ramos, J. E., et al. Body size, growth and life span: implications for the polewards range shift of Octopus tetricus in south-eastern Australia. PLoS One. 9 (8), 103480 (2014).
- Hanlon, R. T., Forsythe, J. W. Advances in the laboratory culture of octopuses for biomedical research. Lab Animal Science. 35 (1), 33-40 (1985).
- Moltschaniwskyj, N. A., Carter, C. G. Protein synthesis, degradation, and retention: mechanisms of indeterminate growth in cephalopods. Physiological and Biochemical Zoology. 83 (6), 997-1008 (2010).
- Fiorito, G., et al. Guidelines for the care and welfare of Cephalopods in Research -A consensus based on an initiative by CephRes, FELASA and the Boyd Group. Lab Animal. 49, 1-90 (2015).
- Valverde, J. C., Garcia, B. G. Suitable dissolved oxygen levels for common octopus (Octopus vulgaris cuvier, 1797) at different weights and temperatures: analysis of respiratory behaviour. Aquaculture. 244 (1-4), 303-314 (2005).
- Cardeilhac, P. T., Whitaker, B. R. Copper Treatments: Uses and Precautions. Veterinary Clinics of North America: Small Animal Practice. 18 (2), 435-448 (1988).
- Hodson, P. V., Borgman, U., Shear, H. Toxicity of copper to aquatic biota. Copper in the Environment. (2), 307-372 (1979).
- Poole, B. M. Techniques for the culture of ghost shrimp (palaemonetes pugio). Environmental Toxicology and Chemistry. 7 (12), 989-995 (1988).
- Burggren, W. W. Respiration and circulation in land crabs: novel variations on the marine design. American Zoologist. 32 (3), 417-427 (1992).
- Reitsma, J., Murphy, D. C., Archer, A. F., York, R. H. Nitrogen extraction potential of wild and cultured bivalves harvested from nearshore waters of Cape Cod, USA. Marine Pollution Bulletin. 116 (1), 175-181 (2017).
- Messenger, J. B. Cephalopod chromatophores: neurobiology and natural history. Biological Reviews. 76 (4), 473-528 (2001).
- Morgan Holst, M. M., Miller-Morgan, T. The Use of a species-specific health and welfare assessment tool for the giant pacific octopus, enteroctopus dofleini. Journal of Applied Animal Welfare Science. 24 (3), 272-291 (2021).
- Rosas, C., et al. Energy balance of Octopus maya fed crab or an artificial diet. Marine Biology. 152 (2), 371-381 (2007).
- Anderson, R. C., Wood, J. B., Byrne, R. A. Octopus Senescence: The Beginning of the end. Journal of Applied Animal Welfare Science. 5 (4), 275-283 (2002).
- Butler-Struben, H. M., Brophy, S. M., Johnson, N. A., Crook, R. J. In vivo recording of neural and behavioral correlates of anesthesia induction, reversal, and euthanasia in cephalopod molluscs. Frontiers in Physiology. 9, 109 (2018).
- Jiang, X., et al. Octopus visual system: A functional MRI model for detecting neuronal electric currents without a blood-oxygen-level-dependent confound. Magnetic Resonance in Medicine. 72 (5), 1311-1319 (2014).
- Hennig, J., Nauerth, A., Friedburg, H. RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR. Magnetic Resonance in Medicine. 3 (6), 823-833 (1986).
- Brant-Zawadzki, M., Gillan, G. D., Nitz, W. R. MP RAGE: a three-dimensional, T1-weighted, gradient-echo sequence–initial experience in the brain. Radiology. 182 (3), 769-775 (1992).
- Bertapelle, C., Polese, G., Di Cosmo, A. Enriched environment increases PCNA and PARP1 Levels in Octopus vulgaris central nervous system: first evidence of adult neurogenesis in Lophotrochozoa. Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution. 328 (4), 347-359 (2017).
- Maselli, V., Polese, G., Soudy, A. -. S. A., Buglione, M., Cosmo, A. D. Cognitive stimulation induces differential gene expression in Octopus vulgaris: The key role of protocadherins. Biology. 9, (2020).
Cite This Article
VanBuren, T., Cywiak, C., Telgkamp, P., Mallett, C. L., Pelled, G. Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research. J. Vis. Exp. (175), e62705, doi:10.3791/62705 (2021).