Die beeindruckenden Gehirne und Hautanpassungen von Oktopussen und anderen Kopffüßern

Oktopusse, Tintenfische und Sepien haben als Vertreter der Klasse der Kopffüßer sehr seltsame, riesige und weitverteilte Gehirne. Was kann diese Denkkapazität vollbringen? Tauchen Sie mit dem Meeresbiologen Roger Hanlon in die Unterwasserwelt der Kopffüßer ein und lassen Sie sich von ihrer sich blitzschnell färbenden Haut begeistern. Diese intelligente Haut und die Kunstfertigkeit der Tarnfärbungen könnten Beweise für eine alternative Form der Intelligenz sein, die uns in den Bereichen von KI, Polymeren, Kosmetika und weiteren neue Durchbrüche verschaffen könnte.

Das ist ein merkwürdiges
und wunderbares Gehirn,

das die Idee vor alternativer Intelligenz
auf unserem Planet belebt.

Dieses Gehirn ist Teil
eines seltsamen Körpers

und es hat viele kleine Nebenhirne

verteilt im gesamten Körper.

Wie stark unterscheidet es sich
von dem des Menschen?

Es unterscheidet sich so stark,

dass meine Kollegen und ich kaum
seine Funktionsweise verstehen.

Aber auf alle Fälle

schafft dieses Gehirn faszinierende Dinge.

Zu wem gehört es also?

Tauchen Sie mit mir in den Ozean,

dem Ursprung des Lebens,

und lassen Sie es uns herausfinden!

Diese Aufnahme ist ganz unscheinbar.

Wir sind hinter einem Korallenriff

mit Felsen, viel Sand,
ein paar Fischen ...

und plötzlich blitzt der Oktopus weiß auf,

spritzt Tinte in mein Gesicht und flieht.

Beim langsamen Zurückspulen

erscheint der Augenring,

gefolgt von der Hautfärbung

und schlussendlich formt sich die Haut

der Umgebung als 3D-Tarnung an.

In der Haut sind 25 Millionen
„Chromatophor“ genannt Farborgane

und die Ausstülpungen sind „Papillen“ --

alle werden neuronal gesteuert
und ändern sich sekundenschnell.

Meiner Meinung nach ist dynamische Tarnung

eine Form von „Intelligenz“.

Die Komplexität der Haut

und ihre präzise Wandelbarkeit
sind umwerfend.

Was kann diese Haut alles?

Von der Tarnung abgesehen

gibt es viele Möglichkeiten:

Der Mimik-Oktopus ändert sein Muster

in Sekundenschnelle

zu Signalzwecken, nicht zur Tarnung.

Und die Änderung wird umgekehrt.

Dann gibt es auch noch den Breitarm-Sepia,

der Wolkenbänder imitiert und damit
vermutlich seine Beute hypnotisiert.

Und schließlich kann der Prachtsepia

jeden Moment seine Warnfarben zeigen.

In diesen Beispielen sehen wir
einen kontinuierlichen Übergang

zwischen Signal- und Tarnmechanismen.

Das erfordert große Körperbeherrschung.

Nun, genau das können Gehirne gut.

Das Oktopusgehirn hat 35 Lappen

und 80 Millionen graue Zellen.

Obgleich dieser interessanten Fakten

ist die Haut das eigentlich Besondere,

denn sie ist von Neuronen durchzogen --
hier in Gelb dargestellt.

In der Haut sitzen 300 Millionen Neuronen

dagegen nur 80 Millionen im Gehirn --

das Vierfache.

Zu jedem der 8 Arme gehört ein Nebenhirn,

welches als Rückenmark der Arme fungiert.

Dieses Nervensystem ist sehr ungewöhnlich.

Wozu ist dieses Gehirn gut?

Es muss die großen Gehirne
seiner Fressfeinde überlisten,

dazu gehören Schweinswale, Robben,

Barrakudas und Hechte

und sogar Menschen.

Das Oktopusgehirn muss entscheiden

und ist darin sehr gut.

Hier sehen wir einen
umherschwimmenden Oktopus,

der plötzlich anhält
und sich perfekt anpasst.

Das ist wunderschön,

denn diese Tiere müssen in freier Wildbahn

auf einem Beutezug von zwei Stunden
über hundertmal ihre Tarnung wechseln.

Und das ganze zweimal am Tag.

Entscheidungsfähigkeit.

Ebenso gehört die Navigation zur Aufgabe.

Wir können die Tarnung testen,

indem wird einem Tintenfisch

anstelle eines neutralen Untergrunds

auf ein Schachbrett setzen.

Selbst bei solch komischen Mustern

versucht er, den Untergrund zu imitieren.

Auch andere kognitive
Fähigkeiten sind wichtig.

Tintenfische sind auf andere Weise klug.

Sie haben ein extrem komplexes,
aber auch interessantes Sexleben.

Sie kämpfen, flirten, machen den Hof,
bekämpfen Konkurrenten

und täuschen.

Kommt Ihnen das bekannt vor?

(Lachen)

Es ist wirklich erstaunlich,

dass diese Tiere solches Verhalten

intuitiv ausprägen.

Hier sind Männchen und Weibchen.

Das Männchen hat andere Bewerber besiegt

und das Weibchen gewonnen.

Es hat nun ein geteiltes Muster:

Werben und Lieben einerseits

und Kämpfen andererseits.

Wenn sie die Seiten wechselt

(Lachen)

wechselt er schnell das Werbungsmuster

auf die Seite des Weibchens.

Dieses geteilte Muster

in Abhängigkeit vom Verhaltenskontext

ist außergewöhnlich.

Es erfordert viel Denkleistung.

Man könnte das auch

als einen 50 Millionen Jahre alten Beweis
des männlichen Doppelgesichts ansehen.

(Lachen)

Lassen wir das mal so stehen.

(Lachen)

Ein Oktopus im Korallenriff hat es schwer,

da er sich viel bewegt und
dann seine Höhle finden muss.

Dennoch ist das kein Problem.

Mit Kurz- und Langzeitgedächtnis

lernen sie ab drei bis fünf Versuchen.

Es ist ein gutes Gehirn.

Das räumliche Gedächtnis ist
auch außergewöhnlich gut.

Sie finden nach dem Beutezug immer

schnurstracks zur Höhle.

Die beobachtenden Taucher
sind orientierungslos,

doch die Oktopusse finden
mit exzellentem Gedächtnis immer zurück.

Die kognitiven Fähigkeiten

bemerkt man bei
diesem schlafenden Tintenfisch.

Besonders auf dem rechten Bild

ist heftiges Augenzucken
wie beim Träumen zu sehen,

was wir nur von Säugetieren
und Vögeln kannten.

Man erkennt den Farbwechsel der Haut,

der häufig beim REM-Schlafen auftritt.

Das Wachverhalten sieht ganz anders aus.

Beim Träumen wird
das Gedächtnis konsolidiert.

Das ist vermutlich auch
beim Tintenfisch der Fall.

Eine andere unerwartete Gedächtnisform

ist das episodische Gedächtnis.

Es ist beim Menschen
erst nach vier Jahren ausgebildet

und beinhaltet bestimmte Ereignisse,

deren Orte und Zeitpunkte.

Die Zeit ist besonders anspruchsvoll.

Kinder können das mit vier Jahren leisten.

Aber aufgepasst:

Der schlaue Tintenfisch kann das auch.

Wir bewiesen das letzten Sommer
in einem Experiment,

indem wir Tintenfischen zeitabhängig
verschiedene Nahrung gaben

und sie diese Nahrung mit Ort
und Zeit verknüpfen mussten.

Sie mussten ihre Beutesuche dann
nach der Verfügbarkeit

jeder Nahrungssorte koordinieren.

Klingt kompliziert?

Ich habe es selbst kaum verstanden.

Das ist schwierige kognitive Aufgabe.

Wenn wir gerade von Gehirnen
und der Evolution sprechen,

sieht man rechts den Entwicklungspfad
der Wirbeltiergehirne.

Wir alle haben gute Gehirne,

dem wird jeder zustimmen.

Doch auf der linken Seite

hat sich der Pfad zum Oktopus

auch zu einer komplexen sozialen Spezies

und einer Form von Intelligenz entwickelt.

Unser jüngster gemeinsamer Vorfahre

lebte vor 600 Millionen Jahren

und war ein kleiner Wurm
mit wenigen Neuronen.

Wir entwickelten uns unterschiedlich,

haben aber beide nun komplexes Verhalten.

Da stellt sich eine fundamentale Frage:

Unterscheidet sich das Oktopusgehirn

bis in die kleinste Struktur

von der Wirbeltierlinie?

Wir kennen die Antwort nicht --

sollte sie allerdings „ja“ lauten,

gibt es auf diesem Planeten noch
einen weiteren Pfad zur Intelligenz,

der auch für künstliche Intelligenz

interessant sein könnte.

Sehen wir uns die Genetik an.

Wir haben ein Genom, die DNA,

aus der DNA wird RNA transkribiert,

RNA wird in Proteine übersetzt
und so entstehen wir.

Bei den Kopffüßern ist das anders.

Sie haben große Genome mit viel DNA,

diese wird in RNA transkribiert,

doch nun geschieht etwas ganz anderes.

Sie verarbeiten ihre RNA enorm schnell --

hundertmal schneller als Menschen
oder andere Tiere --

und produzieren Unmengen an Proteinen.

Und wozu dienen sie vor allem?

Für das Nervensystem.

Das ist vielleicht eine unübliche Methode

zur Ausbildung von Verhaltensplastizität.

Das ist jedoch alles nur Vermutung.

Ich möchte Ihnen meine Erfahrungen

und die Einblicke meiner Kollegen

beim Erforschen dieser Tiere näherbringen.

Beim Tauchen ist unsere Zeit begrenzt

und daher müssen wir effizient vorgehen.

Das Einfühlen in die Unterwasserwelt

hilft unserem Verständnis dieser Tiere.

Es ist eine fantastische Erfahrung,

Unterwasser eine Kommunikation

zwischen Oktopus und Taucher aufzubauen.

Dann erst sieht man das Tier als denkendes

und neugieriges Lebewesen an.

Das inspiriert mich unendlich.

Blicken wir zur intelligenten Haut zurück.

Hier sehen sie einen Tintenfisch
mit Tarnmuster.

In Nahaufnahme sehen wir
die Pigmente und Reflektoren.

Das sind sich schnell öffnende
und schließende Chromatophore.

Die nächste Hautschicht

ist sehr interessant.

Die Chromatophore sind geschlossen

und das magische Irisieren erscheint.

Sie ist auch neuronal gesteuert

und so verursachen Pigmente und Irisieren
gemeinsam die Hautfärbung

des hier gezeigten Tintenfisches --

ebenso sein zauberhaftes, blasses Erröten.

Wie können wir diese Erkenntnisse nutzen?

Ich erwähnte die Papillen.

Hier ist ein riesiger Tintenfisch
aus Australien.

Er hat eine glatte Haut
und ein auffälliges Muster.

Ich habe eine Serie von fünf Bildern
mit einer Sekunde Abstand aufgenommen.

Sehen Sie sich die Gestaltwandlung an:
eins, zwei, drei, vier, fünf --

und nun ist er eine Alge.

In der Retrospektive

sind Glätte und Auffälligkeit wieder da.

Das ist herrliche, wandelbare Haut.

Hier sehen Sie es im Detail.

Jetzt fährt er seine Papillen aus.

Noch näher erkennt man
die einzelnen Papillen.

Auch darauf sind weitere Falten

und somit sitzen die Papillen aufeinander.

Jede einzelne Spezies hat Papillen
in dutzend Formen und Größen

zur Erzeugung einer präzisen,
neuronal gesteuerten Tarnung.

Meine Ingenieurskollegen
an der Cornell-Universität

verfolgten unsere Arbeit und meinten:
„Wir können das herstellen.“

In der Industrie

sind leichte, formgesteuerte Materialien

extrem selten.

Also arbeiteten wir gemeinsam

und konstruierten künstliche Papillen --

hier gezeigt.

Sie nehmen verschiedene Formen an,

sind aber dennoch etwas biegsam.

Diese Prototypen sind eine Anwendung.

Doch auch das Färben von Stoffen

könnte von unseren Einsichten profitieren.

Sehen Sie dieses Kaleidoskop an Farben

aus dynamisch gesteuerten
Pigmenten und Reflektoren

in der Haut von Kopffüßern.

Unser Wissen um den Mechanismus genügt,

um solche Fertigkeiten

nicht nur in Tüchern,

sondern auch in wandelbaren
Kosmetika einzusetzen.

Zusätzlich wurden kürzlich
lichtempfindliche Moleküle

in der Oktopushaut gefunden,

was einen Weg zu intelligentem Material,

das spüren und reagieren kann, eröffnet.

Diese Form der Biotechnologie
oder Biomimikry

ändert auch unseren Blick auf die Welt.

Zu Beispiel könnte künstliche Intelligenz

das im Körper verteilte Gehirn nutzten

und die Farbfähigkeiten

oder die intelligente Haut
der Tintenfische

um ihren Weg in
die innovative Mode zu finden.

Wie erreichen wir das?

Vielleich können wir alle

ein wenig intelligenter

über die Intelligenz
von Kopffüßern urteilen.

Danke.

(Applaus)