Осьминог — удивительное создание, обладающее восемью цепкими щупальцами с присосками, уникальными глазами, сложным репертуаром камуфляжных трюков и небывалым интеллектом. Исследователи до сих пор продолжают открывать новые необычные особенности жизни этих морских существ.
Международная группа исследователей сегодня рапортует о расшифровке необычайно большого генома осьминога. Исследователи с помощью генетических данных хотят выяснить, как обычный моллюск развился в такое умное и интересное создание.
"Мы впервые секвенировали геномную последовательность существа, похожего на пришельца", – шутит нейробиолог Клифтон Рэгсдейл (Clifton Ragsdale) из Чикагского университета в Иллинойсе. Он среди прочих участвовал в анализе ДНК калифорнийского двупятнистого осьминога (Octopus bimaculoides), не единожды привлекавшего внимание научного сообщества ранее.
Также в исследовании приняли участие специалисты из Калифорнийского университета в Беркли, Гейдельбергского университета в Германии и Окинавского института науки и технологии в Японии. Учёные также рассматривали экспрессию генов в двенадцати типах тканей осьминога.
Для учёных крайне важно было исследовать геном осьминога, чтобы понять происхождение их небывалых когнитивных навыков. По сравнению с другими головоногими моллюсками осьминог обладает прямо-таки феноменальным интеллектом: например, он может находить выход из лабиринтов и открывать закрученные банки, наполненные вкусными крабами.
Первое, что удивило учёных в ходе работы — длина генома осьминога. Он оказался почти таким же большим (2,7 миллиарда пар оснований), как и геном человека (3 миллиарда пар оснований), к тому же он содержал даже больше кодирующих белки генов — около 33 тысяч (в то время как у человека таких генов менее 25 тысяч).
Геном осьминога примерно в 5-6 раз больше геномов других беспозвоночных, к тому же у него почти в два раза больше хромосом — 28.
Все эти выявленные данные поначалу навели учёных на мысль, что осьминоги в своё время удвоили свой геном в ходе природного процесса дупликации. В этом случае активно проходит эволюция новых черт. "Однако мы не нашли у осьминога никаких признаков дупликации полного генома", — сообщает Олег Симаков, генетик Института науки и технологий Окинавы.
Вместо того, чтобы дублировать весь геном, осьминог, как выяснили учёные, сконцентрировался на "взращивании" двух семейств генов, которые пополнились сотнями новых генов. Эти два семейства ассоциируются генетиками с развитием нервной системы животного, сильно отличающей от мозга позвоночных.
"Нервная система осьминога очень сильно отличается и от человеческой: центральный мозг окружён пищеводом, что характерно для беспозвоночных, а также у них в щупальцах присутствуют особые группы нейронов, – объясняет Даниэль Роксар (Daniel Rokhsar) из Чикагского университета. – Секвенирование даёт нам возможность посмотреть на геном и проверить, какие догадки об уникальном мозге и морфологии осьминога оказались правдивыми".
У позвоночных нервные волокна аксоны покрыты миелиновой оболочкой, которая помогает ускорять передачу нервных сигналов. Возможно, что именно миелин позволил млекопитающим развить более крупные тела, так как передача сигналов между мозгом и отдалёнными частями тела происходила молниеносно.
В нервной системе осьминога миелина не хватает, но эти моллюски развили другую стратегию, которая опирается на локальную связь нейронов. Каждое из восьми щупалец осьминога в какой-то степени способно действовать самостоятельно. Даже если оторвать щупальце, какое-то время оно будет продолжать шевелиться.
Одной из самых примечательных для учёных групп генов стали сигнальные молекулы протокадхерины (protocadherin), которые регулируют развитие нейронов и взаимодействие между ними. У осьминога 168 таких генов, то есть примерно в 2 раза больше, чем у млекопитающих.
Также у осьминогов полмиллиарда нейронов, что в шесть раз больше, чем у мышей, причём две трети из них находятся в щупальцах. Именно поэтому щупальца могут использоваться животными для выполнения познавательных задач, делают вывод учёные. Также в большом количестве в геноме осьминогов присутствуют транскрипционные факторы цинковых пальцев, особых белковых структур.
Анализ показал и сотни других генов, которые являются специфическими для осьминога и в большом количестве экспрессируются в конкретных тканях. Например, в присосках его щупалец наблюдается любопытный набор генов, которые похожи на те, что кодируют рецепторы для нейромедиатора ацетилхолина. Эти гены, кажется, дают осьминогу замечательную способность исследовать окружающий мир с помощью щупалец.
Шесть генов белков рефлектинов выражены в коже осьминога. Именно этот белок помогает морскому обитателю окрашиваться в различные цвета для маскировки, а также изменять текстуру, узор и яркость своей кожи.
Геном осьминогов также содержит системы, которые позволяют тканям быстро модифицировать белки для изменения функций. Электрофизиологи предположили, что эта особенность может объяснять, как осьминоги адаптировали свойства своей нейронной сети для создания новых возможностей обучения и улучшения памяти.
Научная статья американских, немецких и японских специалистов была опубликована в издании Nature.
