Осьминог — исключительный организм с чрезвычайно сложным мозгом и когнитивными способностями, уникальными среди беспозвоночных. Настолько, что в некотором роде у него больше общего с позвоночными, чем с беспозвоночными. Нервная и когнитивная сложность этих животных может происходить из-за молекулярной аналогии с человеческим мозгом.
Исследования показывают, что одни и те же «прыгающие гены» активны как в мозге человека, так и в мозге двух видов осьминогов: Octopus vulgaris, обыкновенного осьминога, и Octopus bimaculoides, калифорнийского осьминога. Это открытие может помочь понять секрет интеллекта этих удивительных организмов.
Уже в 2001 году секвенирование генома человека показало, что более 45% его состоит из последовательностей, называемых транспозонами, так называемых «прыгающих генов», которые с помощью механизмов молекулярного копирования и вставки или вырезания и вставки могут «перемещаться» от одной точки генома человека к другой, перетасовывая или дублируя.
В большинстве случаев эти элементы остаются безмолвными: они не имеют видимых эффектов и утратили способность двигаться. Некоторые неактивны, потому что у них накопились мутации на протяжении поколений; другие не повреждены, но заблокированы клеточными защитными механизмами.
С эволюционной точки зрения, даже такие фрагменты и сломанные копии транспозонов все еще могут быть полезны в качестве «сырого материала», который может лепить эволюция.
Среди этих элементов наиболее важными являются те, которые принадлежат к так называемому семейству LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), обнаруженному в сотне копий в геноме человека и все еще потенциально активному.
Традиционно считалось, что активность LINE была всего лишь пережитком прошлого, остатком эволюционных процессов, в которых участвовали эти элементы, но в последние годы появились новые данные, свидетельствующие о том, что их активность тонко регулируется в мозгу. Многие ученые считают, что транспозоны LINE связаны с когнитивными способностями, такими как обучение и память: они особенно активны в гиппокампе, наиболее важной структуре нашего мозга для нейронного контроля процессов обучения.
Геном осьминога, как и наш, богат «прыгающими генами», большинство из которых неактивны.
Сосредоточив внимание на транспозонах, которые все еще способны копировать и вставлять, исследователи определили элемент семейства LINE в частях мозга, имеющих решающее значение для когнитивных способностей этих животных. Открытие стало возможным благодаря методам секвенирования следующего поколения, которые использовались для анализа молекулярного состава генов, активных в нервной системе осьминога.
«Открытие элемента семейства LINE, активного в мозгу двух видов осьминогов, очень важно, потому что подтверждает идею о том, что эти элементы имеют специфическую функцию, выходящую за рамки копирования и вставки», — объясняют ученые.
“Я буквально подпрыгнула на стуле, когда под микроскопом увидела очень сильный сигнал активности этого элемента в вертикальной доле, структуре мозга, которая у осьминога является центром обучения и когнитивных способностей, точно так же, как гиппокамп у людей”, — рассказывает автор исследования Джованна Понте.
По словам ученых, «это сходство между человеком и осьминогом, которое показывает активность элемента LINE в области когнитивных способностей, может быть объяснено как увлекательный пример конвергентной эволюции, феномена, для которого у двух генетически отдаленных видов, один и тот же молекулярный процесс развивается независимо, в ответ на сходные потребности”.
“Мозг осьминога функционально аналогичен по многим своим характеристикам мозгу млекопитающих. Также по этой причине идентифицированный элемент LINE представляет собой очень интересного кандидата для изучения, чтобы улучшить наши знания об эволюции интеллекта”.
Исследование было опубликовано в BMC Biolog.