Такова причудливая реальность осьминога. Осьминоги представляют собой вершину эволюционного пути, альтернативного человеку.
Это головоногие моллюски, группа организмов, включая кальмаров и каракатиц, которые произошли от медлительного, похожего на улитку предка и стали активными и находчивыми хищниками. Несмотря на то, что современные улитки, устрицы и другие моллюски произошли в равной степени от этого общего предка с точки зрения времени, осьминоги каким-то образом приобрели, казалось бы, внеземные способности. Секрет кроется в их геноме
Команда исследователей из Окинавского института науки и технологий Аспирантуры университета (OIST), Чикагского университета и Калифорнийского университета в Беркли секвенировала и проанализировала геном одного вида осьминогов, что сделало его первым головоногим моллюском, которое было расшифровано. Они опубликовали свои выводы в Nature.
Полногеномный анализ был проведен в OIST исследователями из отдела молекулярной генетики.Хотя геном осьминога во многом напоминает геном других морских беспозвоночных, он также обнаружил неожиданные особенности, которые являются ключом к пониманию происхождения и функции его уникальной нервной системы. Мозг головоногих моллюсков является развитием основного мозга беспозвоночных и имеет совершенно иную организацию, чем у людей и других позвоночных.
Головоногие хищники появились в древних океанах более трехсот миллионов лет назад. «Они были первыми разумными существами на планете», — пошутил лауреат Нобелевской премии доктор Сидней Бреннер, президент-основатель и заслуженный профессор OIST. Профессор Бреннер был очарован сложностью их нервной системы и инициировал проект «Геном осьминога» как первый из нескольких важных геномных проектов, ставших визитной карточкой OIST.
Сложность генома осьминога представляет собой серьезную проблему.Геном осьминога кодирует несколько больших семейств генов, которые могут содержать ключ к тому, как животное подключает свой сложный мозг — эти семейства генов участвуют в регуляции развития мозга у других животных, но у осьминога они значительно расширились.
Однако их детальная роль остается неизвестной. Также были обнаружены сотни других генов, которые распространены у головоногих, но неизвестны у других животных. Некоторые из них задействованы в динамической коже головоногих моллюсков, что обеспечивает эффектный камуфляж. Некоторые выводы команды вызывают вопросы о нашем понимании реорганизации генома через эволюцию.
Ранее считалось, что большой размер генома осьминога является результатом событий дублирования всего генома, что также можно увидеть в геномах позвоночных, включая человека. Такие события создают дополнительный генетический материал, с которым может работать эволюция. Однако в геноме осьминога нет свидетельств такого драматического события в его эволюционной истории.
Помимо узнаваемых генов, обширные участки генома состоят из регуляторных сетей, которые контролируют экспрессию генов в клетках. Было обнаружено, что у осьминога почти половина генома состоит из мобильных элементов, называемых транспозонами, что является одной из самых высоких пропорций в царстве животных. Транспозоны реплицируются и передвигаются, ведя собственную жизнь, нарушая или усиливая экспрессию генов и облегчая перестановки порядка генов. Исследователи обнаружили, что многие из них особенно активны в нервной системе осьминогов.
Гены, сгруппированные вместе на хромосомах у других животных, были рассредоточены в геноме осьминога, вероятно, в результате активности транспозонов. Гены «Hox», участвующие в эмбриональном развитии всех животных, являются особенно ярким примером. Хотя у большинства животных, включая других моллюсков, они сгруппированы вместе, у осьминогов они разбросаны фрагментами, что, по-видимому, способствует эволюции универсального строения тела головоногих.
Анализ секвенирования генома осьминога далеко не исчерпан. Секвенированный геном также служит ориентиром для ученых, изучающих головоногих моллюсков, для изучения других видов этих экзотических животных.
Дальнейшие исследования также относятся к генам головоногих и регуляции, имеющей отношение к развитию и функционированию нервной системы. Поскольку некоторые из этих генов уже активны на стадии эмбриона, их экспрессии можно препятствовать биохимически. Затем исследователи могут следить за расхождениями в выросшем организме.«Чтобы сделать все это, мы должны иметь возможность выращивать животных в лаборатории и иметь лучшее представление об их нормальном поведении, чтобы мы могли распознавать, что изменилось, когда ген был удален или нарушен.
Это большой проект, такого рода можно сделать только в мультидисциплинарной среде, такой как OIST », — сказал Дэниел Рохсар, глава отдела молекулярной генетики OIST.Люди изобрели летательные аппараты, имитируя птиц. Мы можем ожидать появления осьминогов, вдохновляющих роботов, которые дадут нам легкий доступ на дно океана.
Как люди, нам нравится думать, что мы уникальны с точки зрения эволюции, но осьминог может показать, что это не так. Одна из причин, по которой осьминог очаровывает ученых, заключается в том, что его мозг стал организованным, чтобы выполнять такие невероятные и сложные задачи, не принимая принципы мозга позвоночных.
Дальнейшее исследование покажет, настолько ли радикально отличаются строительные блоки его нервной системы от таковых у наземных животных, таких как мы, как предполагают способности осьминога.Это не так уж и маловероятно, как кажется. Даже если осьминог эволюционировал в совершенно другой экосистеме, у эволюции может быть только определенное количество решений данной проблемы.
Если сходство действительно будет найдено, это значительно изменит нашу точку зрения на появление жизни в другом месте Вселенной.«Осьминог настолько сильно отличается от всех других животных, даже тех, с которыми он связан, что британский зоолог Мартин Уэллс назвал его инопланетянином.
В этом смысле можно сказать, что наша статья описывает первый секвенированный геном инопланетянина», — сказал он. Клифтон Рэгсдейл, доцент нейробиологии и руководитель группы, которая работала над осьминогом в Чикагском университете.