Streszczenie: Ośmiornice mają znacznie rozszerzony repertuar mRNA w swoich tkankach nerwowych, co odzwierciedla ewolucję podobną do ewolucji kręgowców. Wyniki wskazują, że miRNA odgrywają ważną rolę w rozwoju złożonych mózgów.
źródło: MDC
Głowonogi, takie jak ośmiornice, mątwy i mątwy, to wysoce inteligentne zwierzęta o złożonym układzie nerwowym. W Science Advances zespół kierowany przez Nicholasa Rajewskiego z Max Delbrück Center wykazał teraz, że ich rozwój jest powiązany z wykładniczą ekspansją repertuaru mikroRNA.
Jeśli cofniemy się wystarczająco daleko w historii ewolucji, napotkamy ostatniego znanego wspólnego przodka ludzi i głowonogów: prymitywne zwierzę podobne do robaka o minimalnej inteligencji i prostych plamkach ocznych.
Później królestwo zwierząt można podzielić na dwie grupy organizmów – te z kręgosłupem i te bez.
Podczas gdy kręgowce, zwłaszcza inne naczelne i ssaki, rozwinęły duże, złożone mózgi o zróżnicowanych zdolnościach poznawczych, bezkręgowce nie.
Z jednym wyjątkiem: głowonogi.
Naukowcy od dawna zastanawiali się, dlaczego tylko te mięczaki mogły rozwinąć tak złożony układ nerwowy. Teraz międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z Max Delbrück Center i Dartmouth College w USA przedstawił możliwą przyczynę.
W wyszukiwaniu opublikowanym wPostęp naukiWyjaśniają, że ośmiornice posiadają znacznie rozszerzony repertuar mikroRNA (miRNA) w swoich tkankach nerwowych – odzwierciedlając podobne zmiany, które miały miejsce u kręgowców. „Więc to nas łączy z ośmiornicami!”, mówi profesor Nikolaus Ragowski, dyrektor naukowy Berliński Instytut Biologii Systemów Medycznych w Centrum Maxa Delbrücka (MDC-BIMSB), kierownik Biologii Systemów w Laboratorium Elementów Regulacyjnych Genów i niedawny autor artykułu, wyjaśnia, że to odkrycie prawdopodobnie oznacza, że mikrocząsteczki odgrywają zasadniczą rolę w rozwój złożonych mózgów.
W 2019 roku Rajewski przeczytał post o analizach genetycznych przeprowadzonych na ośmiornicach. Naukowcy odkryli, że u tych głowonogów dochodzi do wielu modyfikacji RNA, co oznacza, że intensywnie wykorzystują one pewne enzymy, które mogą przekodować ich RNA.
„To sprawiło, że pomyślałem, że ośmiornice mogą być nie tylko dobre w edycji, ale mogą mieć też inne asy w rękawie związane z RNA” — wspomina Rajewsky. I tak rozpoczął współpracę z morską stacją badawczą Stazione Zoologica Anton Dohrn w Neapolu, która przesłała mu próbki 18 różnych rodzajów tkanek z martwych ośmiornic.
Wyniki tych analiz były zaskakujące: „Rzeczywiście było dużo edycji RNA, ale nie w regionach, które naszym zdaniem są ważne” – mówi Rajewsky.
Najbardziej interesującym odkryciem była właściwie dramatyczna ekspansja dobrze znanej grupy genów RNA, mikroRNA. W sumie odkryto 42 nowe rodziny miRNA – szczególnie w tkance nerwowej i głównie w mózgu.
Biorąc pod uwagę fakt, że geny te były konserwowane przez całą ewolucję głowonogów, zespół doszedł do wniosku, że były one wyraźnie korzystne dla zwierząt iw związku z tym funkcjonalnie ważne.
Ragowski bada mikrocząstki od ponad 20 lat. Zamiast ulegać translacji do informacyjnego RNA, który dostarcza instrukcji dotyczących produkcji białka w komórce, geny te kodują małe fragmenty RNA, które wiążą się z informacyjnym RNA, a tym samym wpływają na produkcję białka.
Te miejsca wiązania były również konserwowane przez całą ewolucję głowonogów – kolejny dowód na to, że te nowe mikrocząsteczki mają znaczenie funkcjonalne.
Nowe rodziny mikroRNA
„To trzecia co do wielkości ekspansja rodzin mikroRNA w świecie zwierząt i największa poza kręgowcami” — mówi główny autor Grigorij Zołotarow, ukraiński naukowiec, który szkolił się w laboratorium Rajewskiego w MDC-BIMSB podczas ukończenia szkoły medycznej w Pradze, a później .
„Aby dać wyobrażenie o wielkości, małże, które są również mięczakami, nabyły tylko pięć nowych rodzin mikroRNA od ostatniego przodka, którego dzieliły z ośmiornicami – podczas gdy ośmiornice zyskały 90!” Ostrygi nie są dokładnie znane ze swojej inteligencji, dodaje Zolotaroff.
Fascynacja Rajewskiego ośmiornicami zaczęła się wiele lat temu, podczas wieczornej wizyty w Monterey Bay Aquarium w Kalifornii. „Widziałem to stworzenie siedzące na dnie zbiornika i spędziliśmy kilka minut – tak myślałem – patrząc na siebie”.
Patrzenie na ośmiornicę bardzo różni się od patrzenia na rybę, mówi: „To nie jest zbyt naukowe, ale ich oczy emanują inteligencją”. Ośmiornice mają złożone „aparatowe” oczy, podobne do ludzi.
Z ewolucyjnego punktu widzenia ośmiornice są wyjątkowe wśród bezkręgowców. Mają centralny mózg i obwodowy układ nerwowy – narząd zdolny do samodzielnego działania. Jeśli ośmiornica straci macki, macka pozostaje wrażliwa na dotyk i może się poruszać.
Powodem, dla którego ośmiornice są samotne w rozwijaniu tak złożonych funkcji mózgu, może być fakt, że bardzo celowo używają swoich ramion – na przykład jako narzędzi do otwierania muszli.
Ośmiornice wykazują również inne oznaki inteligencji: są bardzo ciekawe i zapamiętują różne rzeczy. Mogą także poznawać ludzi i lubić niektórych bardziej niż innych.
Naukowcy uważają teraz, że nawet śnią, ponieważ podczas snu zmieniają kolor i strukturę skóry.
Zobacz też
istoty podobne do obcych
„Mówią, że jeśli chcesz poznać obcokrajowca, ponurkuj i zaprzyjaźnij się z ośmiornicą” – mówi Rajewsky.
Obecnie planuje dołączyć do innych badaczy ośmiornic, aby stworzyć europejską sieć, która umożliwi większą wymianę między naukowcami. Chociaż społeczność jest obecnie niewielka, Rajewski twierdzi, że zainteresowanie ośmiornicami rośnie na całym świecie, w tym wśród badaczy behawioralnych.
Mówi, że fascynujące jest analizowanie formy inteligencji, która wyewoluowała całkowicie niezależnie od naszej. Ale to nie jest łatwe: „Jeśli przeprowadzasz z nimi testy z małymi przekąskami jako nagrodami, wkrótce stracą zainteresowanie. Przynajmniej tak mówią moi koledzy” – mówi Ragoski.
„Ponieważ ośmiornice nie są typowymi organizmami modelowymi, nasze narzędzia biomolekularne były bardzo ograniczone” – mówi Zołotarow. „Więc nie wiemy jeszcze dokładnie, w jakich typach komórek zachodzi ekspresja nowego mikroRNA”. Zespół Rajewskiego planuje teraz zastosować technologię opracowaną w laboratorium Rajewskiego, która sprawi, że komórki w tkankach ośmiornicy będą widoczne na poziomie molekularnym.
O tej genetyce i ewolucyjnych wiadomościach z neuronauki
autor: Jana Schlotera
źródło: MDC
Kontakt: Jana Schloter – MDC
obrazek: Kredyty obrazkowe dla Nira Friedmana
Oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„MikroRNA są ściśle powiązane z pojawieniem się złożonego mózgu ośmiornicyNapisane przez Mikołaja Ragowskiego i in. Postęp nauki
Streszczenie
MikroRNA są ściśle powiązane z pojawieniem się złożonego mózgu ośmiornicy
Miękkie głowonogi, takie jak ośmiornice, są wyjątkowo inteligentnymi bezkręgowcami o bardzo złożonym układzie nerwowym, który ewoluował niezależnie od kręgowców. Biorąc pod uwagę zwiększoną edycję RNA w ich tkankach neuronalnych, postawiliśmy hipotezę, że regulacja RNA może odgrywać kluczową rolę w sukcesie poznawczym tej grupy.
W ten sposób scharakteryzowaliśmy informacyjny RNA i mały RNA u trzech gatunków głowonogów, w tym 18 tkanek ośmiornica pospolita. Pokazujemy, że główną innowacją RNA głowonogów o miękkich ciałach jest rozszerzenie repertuaru genów mikroRNA (miRNA).
Te ewolucyjnie nowe miRNA były głównie wyrażane w dorosłej tkance nerwowej i podczas rozwoju oraz utrzymywały funkcjonalne, a zatem potencjalnie funkcjonalne miejsca docelowe. Jedyne podobne ekspansje miRNA wystąpiły w szczególności u kręgowców.
Dlatego sugerujemy, że mikrocząsteczki są ściśle powiązane z rozwojem złożonych mózgów zwierząt.