Name: 为生物医学和生物工程研究建立章鱼生态系统 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-09-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: 了解如何在实验室中建立和维护章鱼水族箱生态系统，包括水质监测、日常护理和饲料管理。本方法为生物医学和神经科学研究提供健康稳定的章鱼养殖环境。

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本工作由美国国立卫生研究院（NIH）资助项目UF1NS115817（G.P.）支持。G.P. 还部分获得NIH资助项目R01NS072171和R01NS098231的支持。我们感谢Emit Imaging的Patrick Zakrzewski和Mohammed Farhoud在Xerra成像平台上进行数据采集与可视化方面的帮助与支持。密歇根州立大学与布鲁克生物自旋公司（Bruker Biospin）存在研究合作协议。

所有作者均声明不存在利益冲突。

系统设置： 
该水族生态系统的设计结合了机械和生物方法，用于过滤和增氧。系统的过滤组件采用滤袋、蛋白质分离器以及定期清洁，以维持氮和氧的水平。更重要的是，我们还依赖海洋微生物来消耗有害的含氮化合物及其他生物废物，并通过光合作用过程为水体充氧。除使用藻类外，还可通过外置增氧泵连接气石来增加水中氧气含量。在添加任何细菌之前，建议先加入活沙或碎珊瑚作为微生物生长的培养基质；若无基质，微生物群落将在系统中定植得更慢。该过程通常需要1至3周，才能有效分解生物废物，并使氮循环稳定在合适参数范围内。
环境丰富化： 
认知和感觉运动方面的丰富化刺激有助于章鱼的神经发生及其整体健康75。丰富化环境可包括沙质基底、贝壳、石块及其他可提供藏身之处和遮蔽空间的结构。我们经常改变章鱼饲养缸内结构的布局，并引入具有有趣机械设计的新玩具，以激励章鱼进行探索。我们发现，使用底部带孔的花盆作为章鱼的居所效果最佳，因为单入口的居所可能在取出章鱼时造成创伤，而带孔设计可减少操作带来的应...

生物医学研究和生物医学工程中的许多新概念常常受到生物物种应对环境和生理条件及挑战的特定策略的启发。例如，了解萤火虫的荧光特性已促成了新型荧光传感器的发展，可用于报告其他模式生物中的细胞活动1；发现藻类中由光激活的离子通道推动了细胞和时间特异性的光调控神经技术的发展2,3,4,5；发现玻璃猫鱼中可依据地球磁场导航的蛋白质，促进了基于磁场的神经调控技术的发展6,7,8,9,10,11；对海兔（Aplysia）虹吸反射的理解，对于揭示行为的细胞基础起到了关键作用12,13,14。
研究人员通过利用非常规实验物种在生理功能方面所具有的独特优势和新颖视角，不断拓展当前的生物工程和系统发育研究工具。联邦机构也正通过资助针对多种物种开展的创新性研究，开始支持这些研究方向。
有一类动物，其独特的解剖结构、再生能力以及对每条腕的自适应控制，不仅令生物学家和工程师着迷，也吸引了社会各界的广泛关注，这就是Octopus17。事实上，过去几十年来，研究人员已对章鱼生理学和行为学的诸多方面进行了深入研究15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26。然而，近年来分子生物学、进化生物学、机器人学、运动记录、成像技术、机器学习和电生理学等领域的新进展，正在加速揭示章鱼生理与行为的奥秘，并推动这些发现转化为创新的生物工程策略27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39。
本文描述了如何建立和维护章鱼养殖系统，这将对来自不同背景、具有不同科研兴趣与目标的科学家和工程师具有参考价值和实际意义。然而，我们的研究重点在于章鱼在神经科学与神经工程研究中的应用。章鱼拥有高度发达的神经系统，其中包含约4500万个中枢脑神经元、1.8亿个视叶神经元，以及分布在八条腕足的轴索和外周神经节中的额外3.5亿个神经元；相比之下，狗的神经元总数与之相近，而猫则仅有其一半40。与脊椎动物的神经系统不同，章鱼的脑部数百万神经元与其每条腕足轴索中的数百万神经元之间，仅通过约3.2万条传出纤维和14万条传入纤维相连40,41,42。这些数量相对较少的连接纤维表明，运动程序的大部分执行细节实际上是在轴索内部完成的，突显了章鱼所特有的分布式神经控制机制。章鱼的腕足具备极佳的精细运动控制能力，使其能够完成诸如开启瓶盖等复杂操作，即使瓶盖位于容器内部也能实现。这种高度发达的抓握运动能力为头足纲动物（章鱼、乌贼和墨鱼）所独有43。
事实上，经过数亿年的进化，章鱼已发展出卓越而复杂的基因组和生理系统43,44，推动了科学与工程领域的诸多新进展。例如，基于章鱼吸盘解剖结构设计的防水黏附贴片，可在湿润或干燥表面牢固附着45；受章鱼&#160;伪装&#160;皮肤启发的合成伪装材料，可将平坦的二维表面转变为具有凸起和凹陷的三维结构46。此外，已开发出微型软体自主机器人（即Octobots），未来有望作为体内手术工具47；以及安装在类似坦克机器人上的机械臂（即OctoArm）48。多种章鱼被用于生物医学研究，例如 Octopus vulgaris、Octopus sinensis、Octopus variabilis 和 Octopus bimaculoides（O. bimaculoides）；其中 &#160;O. vulgaris 和 O. bimaculoides 最为常用34,49,50。近年来不同章鱼基因组的测序完成，使该属成为特别受关注的研究对象，并开辟了章鱼研究的新前沿34,43,51,52。
O. bimaculoides 在我们的实验装置中使用的是一种中等体型的章鱼，该物种于1949年首次被发现，分布于从美国加利福尼亚中部至下加利福尼亚半岛南部的东北太平洋沿岸浅海水域17。可通过其眼睛下方外套膜上的假眼斑来识别。与&#160;巨型太平洋章鱼（Enteroctopus dofleini) 以及 普通章鱼（Octopus vulgaris）O. vulgaris)，这些 加利福尼亚双斑章鱼（O. bimaculoides)&#160;体型相对较小，初生时小于几厘米，幼体阶段生长迅速。在实验室条件下饲养，成体的胴体长度平均可达100 cm，体重可达800 g。53,54章鱼在出生后的前200天内经历快速生长期；此后被视为成体，并在其余生命周期中持续生长。55,56,57. 章鱼可能具有同类相食的行为，尤其是在&#160;雌雄个体需分开放置在不同的水族箱中饲养，因此必须在独立的水族箱中单独饲养58.

<table><tbody><tr><td>1-3/4 英寸钻头</td><td>家得宝</td><td>204074205</td><td>玻璃切割工具&lt;br/&gt; 部件编号：1</td></tr><tr><td>1&quot; 流传感器</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>带传感器的管道，用于测量水流&lt;br/&gt; 部件编号：2</td></tr><tr><td>1&quot; 滑动舱壁滤网</td><td>Bulk Reef Supply</td><td>207113</td><td>水箱出水过滤器&lt;br/&gt; 部件编号：3</td></tr><tr><td>10加仑水箱</td><td>普鲁斯宠物</td><td>本地经销商</td><td>招潮蟹暂养池&lt;br/&gt; 部件编号：4</td></tr><tr><td>4 英寸 × 12 英寸 200 微米尼龙单丝网滤袋（带塑料环）</td><td>AQUAMAXX</td><td>UJ41171</td><td>过滤集水坑中的大型有机物&lt;br/&gt; 部件编号：5</td></tr><tr><td>40加仑水族箱</td><td>普鲁斯宠物</td><td>本地经销商</td><td>4 个饲养水族箱&lt;br/&gt; 部件编号：6</td></tr><tr><td>60克聚丙烯矩形容器</td><td>普鲁斯宠物</td><td>本地经销商</td><td>2 水储存（盐水和淡水）&lt;br/&gt; 部件编号：7</td></tr><tr><td>Active Aqua 1/10 马力水培或水族箱冷水机 2018 型号</td><td>WayWe</td><td>719574198463</td><td>用于持续冷却水&lt;br/&gt; 部件编号：8</td></tr><tr><td>ALAZCO 2 软握柄重型瓷砖填缝刷</td><td>ALAZCO</td><td>B06W2FT5V5</td><td>水箱清洁&lt;br/&gt; 部件编号：9</td></tr><tr><td>氨测试试剂盒</td><td>Aquarium Pharmaceuticals</td><td>33D</td><td>用于水质检测&lt;br/&gt; 部件编号：10</td></tr><tr><td>Apex 系统 WiFi</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>远程监控系统连接&lt;br/&gt; 部件编号：11</td></tr><tr><td>API 水族箱测试套装</td><td>亚马逊</td><td>B001EUE808</td><td>用于水质检测&lt;br/&gt; 部件编号：12</td></tr><tr><td>API 铜测试试剂盒</td><td>亚马逊</td><td>B0006JDWH8</td><td>用于水质检测&lt;br/&gt; 部件编号：13</td></tr><tr><td>Aqua Ultraviolet Classic UV 25 瓦系列装置</td><td>Aqua Ultraviolet</td><td>A00028</td><td>用于去除离开集水系统的细菌&lt;br/&gt; 部件编号：14</td></tr><tr><td>AquaClear 50 泡沫滤芯，3 个装</td><td>Aquaclear</td><td>A1394</td><td>Food Tank 活性炭过滤器滤芯&lt;br/&gt; 部件编号：15</td></tr><tr><td>Aqueon QuietFlow LED PRO 水族箱动力过滤器 30</td><td>Aqueon</td><td>100106082</td><td>食物罐过滤装置&lt;br/&gt; 部件编号：16</td></tr><tr><td>自动补水套件（ATK）（每套包含1个FMM模块、2个光学传感器和1个浮球）</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>用于淡水水族箱&lt;br/&gt; 部件编号：17</td></tr><tr><td>自动补充反渗透去离子水（RODI，LLC）</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>从储水系统到章鱼养殖箱&lt;br/&gt; 部件编号：18</td></tr><tr><td>带纹 trochus 蜗牛</td><td>LiveAquaria</td><td>CN-112080</td><td>用于藻类培养箱&lt;br/&gt; 部件编号：19</td></tr><tr><td>刺松藻，人工养殖</td><td>LiveAquaria</td><td>BVJ-76354</td><td>用于藻类容器&lt;br/&gt; 部件编号：20</td></tr><tr><td>蛤蜊 - 活体，硬壳，小圆蛤，野生，美国产，一打</td><td>富尔顿鱼市</td><td>N/A</td><td>活体饲料&lt;br/&gt; 部件编号：21</td></tr><tr><td>经典海盐混合物 - Tropic Marin</td><td>Bulk Reef Supply</td><td>211813</td><td>水箱用水盐&lt;br/&gt; 部件编号：22</td></tr><tr><td>透明 Masterkleer 软质 PVC 塑料管，适用于空气和水，3/4&quot; ID，&amp;nbsp;1&quot; OD</td><td>McMaster</td><td>5233K71</td><td>清洁工具&lt;br/&gt; 部件编号：23</td></tr><tr><td>Continuum Aquablade-P 丙烯酸安全除藻刮刀（带塑料刀片）— 15 英寸</td><td>海洋仓库</td><td>4C31001</td><td>清洁工具&lt;br/&gt; 部件编号：24</td></tr><tr><td>铜检测试剂盒</td><td>Aquarium Pharmaceuticals</td><td>65L</td><td>用于水质检测&lt;br/&gt; 部件编号：25</td></tr><tr><td>Curve Refugium CREE LED 水族灯</td><td>Eshopps</td><td>6500K</td><td>藻类培养箱灯光&lt;br/&gt; 部件编号：26</td></tr><tr><td>Eheim 1262 回流泵</td><td>EHEIM</td><td>1250219</td><td>储水罐用泵&lt;br/&gt; 部件编号：27</td></tr><tr><td>Eshopps R-100 藻缸集水槽 GEN 3</td><td>Eshopps</td><td>15000</td><td>集水系统&lt;br/&gt; 部件编号：28</td></tr><tr><td>乙醇，200 Proof</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>64-17-5</td><td>麻醉&lt;br/&gt; 部件编号：29</td></tr><tr><td>Extech DO600 ExStik II 溶解氧测定仪</td><td>Extech</td><td>DO600</td><td>氧气测量&lt;br/&gt; 部件编号：30</td></tr><tr><td>招潮蟹；活体；一打</td><td>东北卤水虾</td><td>N/A</td><td>活体饲料&lt;br/&gt; 部件编号：31</td></tr><tr><td>滤芯</td><td>Aqueon</td><td>100106087</td><td>食物罐过滤器&lt;br/&gt; 部件编号：32</td></tr><tr><td>佛罗里达碎珊瑚干砂 - CaribSea</td><td>Bulk Reef Supply</td><td>212959</td><td>水箱底部用沉积物&lt;br/&gt; 部件编号：33</td></tr><tr><td>FMM模块</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>apex 系统控制器&lt;br/&gt; 部件编号：34</td></tr><tr><td>Fritz-Zyme TurboStart 900 - Fritz</td><td>Bulk Reef Supply</td><td>213036</td><td>细菌开始&lt;br/&gt; 部件编号：35</td></tr><tr><td>手动操作鼓泵，虹吸管，带出液口的基本泵，适用于桶型容器</td><td>Grainger</td><td>38Y789</td><td>手动水泵&lt;br/&gt; 部件编号：36</td></tr><tr><td>高 pH 测试试剂盒</td><td>Aquarium Pharmaceuticals</td><td>27</td><td>用于水质检测&lt;br/&gt; 部件编号：37</td></tr><tr><td>Imagitarium 虾类用细网</td><td>Petco</td><td>2580993</td><td>虾和鱼转移网&lt;br/&gt; 部件编号：38</td></tr><tr><td>泄漏检测套件（LDK）— 包含 FMM 模块及 2 个 ALD 传感器</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>放置于地面以检测漏水&lt;br/&gt; 部件编号：39</td></tr><tr><td>Lee氏大型藻类清洁刷垫 - 玻璃用</td><td>海洋仓库</td><td>LE12007</td><td>清洁工具&lt;br/&gt; 部件编号：40</td></tr><tr><td>活石</td><td>普鲁斯宠物</td><td>本地经销商</td><td>章鱼栖息环境&lt;br/&gt; 部件编号：41</td></tr><tr><td>长瓶清洗刷 17&quot; 超长</td><td>海猫猫</td><td>B07FS7J7PN</td><td>水箱清洁&lt;br/&gt; 部件编号：42</td></tr><tr><td>氯化镁</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M1028-100ML</td><td>安乐死&lt;br/&gt; 部件编号：43</td></tr><tr><td>磁性探针架</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>用于固定顶端传感器探头&lt;br/&gt; 部件编号：44</td></tr><tr><td>海洋幽灵虾</td><td>东北卤水虾</td><td>N/A</td><td>活体饲料&lt;br/&gt; 部件编号：45</td></tr><tr><td>Marineland C系列罐式碳袋滤材，2个装</td><td>有嚼劲的</td><td>98331</td><td>铜含量升高时&lt;br/&gt; 部件编号：46</td></tr><tr><td>Nitra-Zorb 袋</td><td>Aquarium Pharmaceuticals</td><td>AP2213</td><td>吸收氮化合物&lt;br/&gt; 部件编号：47</td></tr><tr><td>硝酸盐检测试剂盒</td><td>Aquarium Pharmaceuticals</td><td>LR1800</td><td>用于水质检测&lt;br/&gt; 部件编号：48</td></tr><tr><td>亚硝酸盐检测试剂盒</td><td>Aquarium Pharmaceuticals</td><td>26</td><td>用于水质检测&lt;许多生物医学研究的进展都源于对不同物种中支持特定功能的解剖学和细胞机制的发现。章鱼就是其中一种非凡的动物，它为科学家在神经科学、机器人学、再生医学和假肢领域的研究提供了新的见解。对这类头足类动物的研究需要建立复杂的设施，并对章鱼及其赖以生存的生态系统进行精心维护，这对项目的成功至关重要。该系统需要配备多种机械和生物过滤装置，以为动物提供安全且洁净的生活环境。此外，还需配备控制系统，并进行专业的日常维护和清洁，以确保设施长期稳定运行。建议为这些高智商动物提供丰富化的环境，例如定期改变水族箱内的布局、引入多种猎物以及设置具有挑战性的任务供其完成。我们的研究成果包括磁共振成像（MRI）、全身体自发荧光成像以及行为学研究，以更深入地理解其神经系统。章鱼具有独特的生理特性，可能对多个生物医学研究领域产生重要影响。为它们构建可持续的生态系统，是揭示其独特能力的第一步。&gt; 部件编号：49</td></tr><tr><td>Pawfly 2 英寸圆柱形气石 6 件装 气泡扩散器 水族箱鱼缸泵用气石 蓝色</td><td>亚马逊</td><td>B076S56XWX</td><td>曝气处理水&lt;br/&gt; 部件编号：50</td></tr><tr><td>Penn Plax 水族馆专用 airline 管 &amp;ndash;透明且柔韧，不易折弯，标准长度8英尺</td><td>亚马逊</td><td>B0002563MM</td><td>连接气泵与气石的软管&lt;br/&gt; 部件编号：51</td></tr><tr><td>带活接/阀门的管道，外径 3/4&quot; 柔性软管</td><td>普鲁斯宠物</td><td>本地经销商</td><td>水体运输&lt;br/&gt; 部件编号：52</td></tr><tr><td>PM1 模块</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>顶端电源控制模块&lt;br/&gt; 部件编号：53</td></tr><tr><td>蛋白质分离器</td><td>礁石章鱼</td><td>AC20284</td><td>清除系统中的生物废弃物&lt;br/&gt; 部件编号：54</td></tr><tr><td>PVC 顶点安装板、衬套、电线支架</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>有助于确保系统内电线和管路的有序排列&lt;br/&gt; 部件编号：55</td></tr><tr><td>PVC 普通胶粘剂和 4 盎司 NSF 紫色底涂剂</td><td>亚马逊</td><td>Oatey - 30246</td><td>用于连接PVC管&lt;br/&gt; 部件编号：56</td></tr><tr><td>RODI 仪</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>反渗透水&lt;br/&gt; 部件编号：57</td></tr><tr><td>盐度探针</td><td>HANNA探针</td><td>HI98319</td><td>测量水的盐度&lt;br/&gt; 部件编号：58</td></tr><tr><td>Seachem Pristine 水族箱处理剂</td><td>Seachem</td><td>1438</td><td>提供可分解多余食物、废物和碎屑的细菌&lt;br/&gt; 部件编号：59</td></tr><tr><td>Seachem Stability 鱼缸稳定剂</td><td>Seachem</td><td>116012607</td><td>Seachem Stability 可快速且安全地在淡水和海水系统中建立水族箱生物过滤器&lt;br/&gt; 部件编号：60</td></tr><tr><td>Lexan 顶盖组件</td><td>普鲁斯宠物</td><td>本地经销商</td><td>水族箱盖&lt;br/&gt; 部件编号：61</td></tr><tr><td>各种延长长度的 Aquabus 电缆套装</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>Apex 系统用电缆&lt;br/&gt; 部件编号：62</td></tr><tr><td>SLSON 水族箱藻类刮除器 双面海绵刷清洁工具 长柄玻璃水族箱 scrubber</td><td>亚马逊</td><td>B07DC2TZCJ</td><td>清洁工具&lt;br/&gt; 部件编号：63</td></tr><tr><td>标准壁厚 PVC 水管管件，45度弯头异径接头，3/4 英寸内螺纹母接头 x 3/4 英寸外螺纹公接头</td><td>McMaster</td><td>4880K189</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：64</td></tr><tr><td>标准壁&amp;nbsp;用于水的PVC管件，90度&amp;nbsp;肘部&amp;nbsp;适配器&amp;nbsp;1 个母头插座 x 1 个公头插座</td><td>McMaster</td><td>4880K773</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：65</td></tr><tr><td>标准壁&amp;nbsp;用于水的 PVC 管件，异径接头，&amp;nbsp;1&amp;nbsp;Socket-Connect&amp;nbsp;雌性 × 1 带刺雄性</td><td>McMaster</td><td>4880K415</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：66</td></tr><tr><td>标准壁&amp;nbsp;用于水的PVC管接头，直通型&amp;nbsp;减速器&amp;nbsp;2 孔雌性连接器 x&amp;nbsp;3/4&amp;nbsp;插座母头</td><td>McMaster</td><td>4880K008</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：67</td></tr><tr><td>标准壁&amp;nbsp;用于水的 PVC 管件，三通连接器&amp;nbsp;怀特，&amp;nbsp;1 大小&amp;nbsp;Socket-Connect&amp;nbsp;雌性</td><td>McMaster</td><td>4880K43</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：68</td></tr><tr><td>标准壁&amp;nbsp;用于水的无螺纹刚性PVC管，1英寸管径，10英尺长</td><td>McMaster</td><td>48925K13</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：69</td></tr><tr><td>用于水的标准化壁厚无螺纹刚性PVC管，管径3/4，长5英尺</td><td>McMaster</td><td>48925K92</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：70</td></tr><tr><td>结构型 FRP 玻璃钢板，48&quot; 宽 x 96&quot; 长，1/2&quot; 厚</td><td>McMaster</td><td>8537K15</td><td>台面材料&lt;br/&gt; 部件编号：71</td></tr><tr><td>结构型 FRP 玻璃钢方形管，10 英尺长，2&quot; 宽 x 2&quot; 高外部，1/8&quot; 壁厚</td><td>McMaster</td><td>8548K33</td><td>结构表材料&lt;br/&gt; 部件编号：72</td></tr><tr><td>水箱沉积物</td><td>TopDawg 宠物用品</td><td>8479001207</td><td>招潮蟹养殖缸底部用沉积物&lt;br/&gt; 部件编号：73</td></tr><tr><td>温度探头</td><td>Neptune Systems</td><td>本地经销商</td><td>水族箱温度探头&lt;br/&gt; 部件编号：74</td></tr><tr><td>Tetra TetraMarine 大型海水鱼 flakes 饲料，适用于所有海水鱼类</td><td>亚马逊</td><td>B00025K0US</td><td>鱼、虾和蟹饲料&lt;br/&gt; 部件编号：75</td></tr><tr><td>Tetra Whisper 10加仑水族箱气泵</td><td>Petco</td><td>2335234</td><td>小型水族箱用气泵&lt;br/&gt; 部件编号：76</td></tr><tr><td>厚壁穿墙管件，用于水，PVC 连接器，1 个插口连接母头</td><td>McMaster</td><td>36895K843</td><td>PVC 管&lt;br/&gt; 部件编号：77</td></tr><tr><td>Vectra s2 泵</td><td>Bulk Reef Supply</td><td>212141</td><td>水族箱泵&lt;br/&gt; 部件编号：78</td></tr><tr><td>水泵</td><td>TACKLIFE</td><td>GHWP1A</td><td>用于清洁水箱的泵&lt;br/&gt; 部件编号：79</td></tr><tr><td>Wyze Cam v2 1080p高清室内WiFi智能家用摄像头（含夜视功能）</td><td>亚马逊</td><td>B076H3SRXG</td><td>DeepLabCut 录制&lt;br/&gt; 部件编号：80</td></tr></tbody></table>

为生物医学与生物工程研究建立章鱼生态系统

Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research

生物医学研究领域的许多进展都源于对不同物种中支持特定功能的解剖学和细胞机制的发现。章鱼正是其中一种非凡的动物，它为科学家在神经科学、机器人学、再生医学和假肢学等领域提供了新的见解。对这类头足类动物的研究需要建立复杂的设施，并对章鱼及其生态系统进行精心护理，这对项目的成功至关重要。该系统需要多种机械和生物过滤系统，以提供安全、清洁的动物生存环境。除了控制系统外，还需进行专业的常规维护和清洁，以确保设施长期有效运行。建议通过改变水族箱的环境布局、引入多种猎物以及设置具有挑战性的任务，为这些高智商动物提供丰富的环境刺激。我们的研究成果包括磁共振成像（MRI）和全身体自发荧光成像，以及行为学研究，以更深入地理解其神经系统。章鱼具有独特的生理特性，可能影响生物医学研究的多个领域。为其提供可持续的生态系统，是揭示其独特能力的第一步关键举措。

本研究中所有动物均采自野外，因此无法确定其确切年龄，且在实验室的饲养时间各不相同。每天观察章鱼的健康状况，未发现寄生虫、细菌感染、皮肤损伤或异常行为。动物的平均体重为 170.38 ± 77.25 g。每只动物单独饲养在40加仑的水族箱中。每周记录的水族箱参数平均值±标准差如下：pH 8.4 ± 0.0，盐度 34.06 ± 0.61 ppt，温度 18.7 ± 0.75 °C，氨浓度 0.11 ± 0.14 ppm，亚硝酸盐浓度 0.25 ± 0.14 ppm，硝酸盐浓度 1.43 ± 2.44 ppm。
双斑蛸（O. bimaculoides）的行为：为了理解章鱼的感知运动功能以及学习和记忆能力，拧开试管已被证明是一种有效的测试方法（图6）。该测试还可提供一种富集环境，有助于维持与神经退化相关的关键生理机制74。该实验每日进行，共涉及三只章鱼，平均需要4天时间学会打开试管。
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了解章鱼独特的生理和解剖结构，可对生物医学研究产生重大影响。本指南介绍了如何建立和维护适合该物种生存的海洋环境，并包含先进的成像与分析方法，以可视化章鱼神经系统的解剖结构与功能。

生物医学研究的许多进展源于对不同物种中支持特定功能的解剖学和细胞机制的发现。

本方案具有重要意义，因为它为研究人员提供了维持章鱼环境的指导，详细说明了如何建立水族箱以及对章鱼进行日常护理。该技术可指导缺乏章鱼饲养经验的新研究人员在实验室中建立适合章鱼生存的水族环境，并长期维持健康个体以用于科学研究。对于初次开展章鱼研究的研究人员而言，必须充分认识到饲养这些动物需要投入大量精力和坚定的承诺。在动物到达之前，就需要进行每日护理，并持续监测水质，确保其处于稳定状态。章鱼养殖箱成熟一周后，通过将八加仑成熟的海水转移至新箱中，建立一个独立的虾类养殖箱，然后在箱底加入15千克碎珊瑚。同时添加若干活石，为蜕壳提供隐蔽场所。接下来，将一个筒式过滤器连接到水族箱边缘，并按照制造商的说明进行设置。在水族箱旁放置一个气泵，并通过软管连接至带有气石的装置，将气石放入水族箱中。待珊瑚砂沉淀物消散后，即可将虾类加入水族箱。在收到虾类后，应先将其从运输用水转移至小型中间盐水暂养箱中放置五分钟，以去除生物代谢废物，随后即可将虾类直接加入水族箱中。食蚊鱼到达后可直接放入虾缸中。用鱼粮、腐烂的植物或藻类喂养虾和鱼。每周清洁一次过滤器，更换滤棉，并更换 25% 的水。使用水质检测试剂盒，每天检测食物养殖箱中的氮、pH 和温度参数。若水中氮含量持续偏高，应更频繁地换水，并添加氮吸附袋。如果问题持续超过一个月，应将虾转移到更大的养殖箱中。对于蟹类养殖箱，将10千克的卵石堆放在一侧以形成陆地，另一侧注入一加仑的海水。然后直接将招潮蟹放入养殖箱中。蟹类大部分时间生活在陆地上，但可连续在水下存活数天，因此部分淹没的养殖箱对其长期生存至关重要。每天喂食一次招潮蟹，将鱼粮 flakes 加入水箱区域的容器中。每周清洁水箱一次，先将螃蟹移出，然后更换 100% 的海水，并清洗卵石。在章鱼的海水水箱中放置海洋双壳软体动物，例如蛤蜊和贻贝。这些软体动物会张开，提供另一种水过滤机制。在将章鱼引入水箱之前，确保氨、亚硝酸盐和硝酸盐的浓度分别低于 5、25 和 10 ppm。准备一个手动水泵，以便从水箱中清除章鱼墨汁。此操作需要两人配合完成。到达后，将袋子放在秤上，记录装有章鱼的袋子的总重量。在将动物转移至水箱的过程中，向袋中加入一个增氧石，以增加水中的氧气含量。测量运输用水的温度和盐度，并记录运输后出现的长期病害情况。不要将袋中的水转移到水族箱中，将运输袋悬挂在水族箱角落，使袋子部分浸入水族箱水中，以开始调节运输袋内的温度。从袋中移除10%的水并倒入下水道，然后加入等量的水族箱水至袋中。每10分钟重复一次，直到袋中水温与水族箱水温相差不超过1°C。然后戴上手套，双手置于章鱼下方以在转移过程中提供支撑。第二名操作人员需轻轻将吸附在袋壁上的腕足拉开。将章鱼从袋中取出后，应迅速将其放入新栖息地的水中，尽量减少随 shipping 袋带入的水量。使用手动泵清除章鱼在水箱中释放的任何墨汁。现在称量带水的袋子，以获得动物的大致重量。在到达后的前两周内，监测章鱼每日的摄食量，应为其体重的4%至8%。每天应检查章鱼四次。两周后可减少至每天两次。每两周称量一次动物体重，并根据需要调整食物摄入量。使用市售的海水测试试剂盒检测 pH、氨、亚硝酸盐和硝酸盐水平。按照试剂盒说明，将指定量的水箱水加入试剂盒提供的四个试管中。根据测试试剂盒的说明，将相应量的比色反应试剂加入对应的试管中。若氨、亚硝酸盐和硝酸盐的浓度分别超过5、25和10 ppm，则需将袜式过滤器中的生物膜冲洗干净，或更换新的袜式过滤器。此外，使用刷子清理蛋白质分离器顶部的生物膜，并向水体中添加额外的反硝化细菌。如果问题仍然存在，则更换25%的水体为新鲜海水。使用手动泵从水箱中清除所有死亡的蟹和虾的尸体，以及章鱼的粪便。将水箱中所有存活的蟹全部移出，并放回储存水箱中。接下来，重新布置水箱内的大型物体。然后，向水箱中引入该章鱼每日食量一半数量的螃蟹。用解冻的虾或小型雄性招潮蟹喂养幼年章鱼。根据实验需求，可在水族箱内任意位置或直接向章鱼引入螃蟹和虾类。每天提供五只幽灵虾。为丰富章鱼的食物种类，每周提供一次活的蛤蜊或贻贝，并始终在水族箱内维持三条食蚊鱼。每周进行卫生清洁时，先关闭蛋白质分离器、水泵和藻类箱的照明，然后清洁泵系统；接着关闭系统的自动阀门，再排出水分。最后，仅从底缸系统中移除蛋白质分离器及其中的全部水体。用软刷轻轻擦洗藻类箱内壁以去除大部分生物膜，并用刷子清洁底缸其他区域，随后取出滤棉袋，用醋清洗干净并晾干。每周更换另一个袜式过滤器，每三个月更换一次新的过滤器。清理完撇沫器顶部的生物膜后，将撇沫器重新放回系统中，并开始注入海水。当泵区开始注水时，重新启动所有系统。当浮阀的自动顶部处于关闭位置时，停止加水。拧开试管是了解章鱼感觉运动功能以及学习记忆能力的一项重要测试。该测试对三只章鱼每天进行一次，章鱼平均需要四天时间学会打开试管。此处展示的是章鱼大脑与腕足的超高空间分辨率 MRI 图像，其共同构成了包含超过 5 亿个神经元的神经系统。该图像为头部的冠状切面，显示了脑组织及视叶结构。在腕足的冠状切面中，七条腕足中的每一条均可见轴向神经索；而吸盘的矢状切面则展示了复杂的外周神经结构。冷冻荧光断层成像技术可生成整个动物的三维形态图像，能够在470纳米波长下可视化脑部以及沿腕足分布的吸盘。消化系统则在555纳米和640纳米波长下实现可视化。该技术建立后，即可利用机器学习工具对章鱼的运动进行追踪与分类。

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