Що спільного між мозком восьминога та людським

Резюме: Восьминоги мають значно розширений репертуар мРНК у своїх нервових тканинах, що відображає еволюцію, подібну до еволюції хребетних. Результати показують, що мікроРНК відіграють важливу роль у розвитку складного мозку.

джерело: MDC

Такі головоногі, як восьминоги, каракатиці та каракатиці, — високорозумні тварини зі складною нервовою системою. У Science Advances команда під керівництвом Ніколаса Раєвського з Центру Макса Дельбрюка показала, що їх розвиток пов’язаний з експоненціальним розширенням репертуару мікроРНК.

Якщо повернутися досить далеко в історію еволюції, ми зустрінемо останнього відомого спільного предка людини та головоногих молюсків: примітивну червоподібну тварину з мінімальним інтелектом і простими плямами на очах.

Пізніше царство тварин можна розділити на дві групи організмів – з хребтом і без.

У той час як у хребетних, особливо інших приматів і ссавців, розвинувся великий, складний мозок із різноманітними когнітивними можливостями, безхребетні цього не зробили.

За одним винятком: головоногі.

Вчені довго дивувалися, чому тільки ці молюски могли розвинути таку складну нервову систему. Тепер міжнародна група під керівництвом дослідників з Центру Макса Дельбрюка та Дартмутського коледжу в США висунула можливу причину.

У пошуку, опублікованому вНаука прогресуєВони пояснюють, що восьминоги мають значно розширений репертуар мікроРНК (міРНК) у своїх нервових тканинах, що віддзеркалює подібні зміни, які відбулися у хребетних.«Отже, це те, що пов’язує нас із восьминогами!», — каже професор Ніколаус Раговскі, науковий директор Берлінський інститут медичної системної біології в Центрі Макса Дельбрюка (MDC-BIMSB), керівник відділу системної біології лабораторії генних регуляторних елементів і останній автор статті, він пояснює, що це відкриття, ймовірно, означає, що мікромолекули відіграють важливу роль у розвиток складного мозку.

У 2019 році Раєвський прочитав пост про генетичні аналізи восьминогів. Вчені виявили, що в цих головоногих відбувається велика кількість модифікацій РНК, а це означає, що вони активно використовують певні ферменти, які можуть перекодувати їхню РНК.

«Це наштовхнуло мене на думку про те, що восьминоги можуть не тільки добре редагувати, але вони також можуть мати в своєму рукаві інші трюки з РНК», — згадує Раєвський. І тому він розпочав співпрацю з морською дослідницькою станцією Stazione Zoologica Anton Dohrn у Неаполі, яка надіслала йому зразки 18 різних типів тканин мертвих восьминогів.

Результати цих аналізів були несподіваними: «Дійсно було багато редагування РНК, але не в регіонах, які ми вважаємо важливими», — говорить Раєвський.

Найцікавішим відкриттям насправді стало різке розширення добре відомої групи генів РНК, мікроРНК. Загалом було виявлено 42 нові сімейства мікроРНК – зокрема, у нервовій тканині та переважно в мозку.

Враховуючи, що ці гени зберігалися протягом еволюції головоногих молюсків, команда дійшла висновку, що вони були явно корисними для тварин і, отже, функціонально важливими.

Раговський досліджує мікрочастинки більше 20 років. Замість трансляції в месенджер РНК, яка забезпечує інструкції для виробництва білка в клітині, ці гени кодують невеликі фрагменти РНК, які зв’язуються з матричною РНК і таким чином впливають на виробництво білка.

Ці сайти зв’язування також зберігалися протягом еволюції головоногих молюсків – ще один доказ того, що ці нові мікромолекули мають функціональне значення.

Нові сімейства мікроРНК

«Це третє за величиною розширення родин мікроРНК у тваринному світі та найбільше за межами хребетних», — говорить провідний автор Григорій Золотаров, український науковець, який навчався в лабораторії Раєвського в MDC-BIMSB під час навчання в медичній школі в Празі, а пізніше. .

«Щоб дати вам уявлення про розмір, молюски, які також є молюсками, отримали лише п’ять нових родин мікроРНК з часу останнього предка, якого вони поділили з восьминогами, тоді як восьминоги отримали 90!» Золотаров додає, що устриці не зовсім відомі своїм інтелектом.

Захоплення Раєвського восьминогами почалося багато років тому під час вечірнього відвідування океанаріуму Монтерей-Бей у Каліфорнії. «Я побачив цю істоту, яка сиділа на дні резервуара, і ми провели кілька хвилин — так я подумав — дивлячись один на одного».

Дивитися на восьминога дуже відрізняється від погляду на рибу, каже він: «Це не дуже науково, але їхні очі випромінюють розум». Восьминоги мають складні «камерні» очі, схожі на людські.

З точки зору еволюції, восьминоги є унікальними серед безхребетних. У них є центральний мозок і периферична нервова система – орган, здатний діяти самостійно. Якщо восьминіг втрачає щупальця, вони залишаються чутливими до дотиків і можуть рухатися.

Причина, по якій восьминоги самотньо розвивають такі складні функції мозку, може полягати в тому, що вони дуже цілеспрямовано використовують свої руки — наприклад, як знаряддя для відкриття раковин.

Восьминоги також виявляють інші ознаки інтелекту: вони дуже допитливі та можуть щось запам’ятовувати. Вони також можуть пізнавати людей і подобатися одним більше, ніж іншим.

Тепер дослідники вважають, що вони навіть бачать сни, оскільки під час сну змінюють свій колір і структуру шкіри.

Дивіться також

інопланетні істоти

«Кажуть, якщо хочеш познайомитися з іноземцем, займайся дайвінгом і подружся з восьминогом», — каже Раєвський.

Тепер він планує приєднатися до інших дослідників восьминога, щоб сформувати європейську мережу, яка сприятиме більшому обміну між науковцями. Хоча спільнота зараз невелика, Раєвський каже, що інтерес до восьминогів зростає в усьому світі, в тому числі серед дослідників поведінки.

Це захоплююче, каже він, аналізувати форму інтелекту, яка еволюціонувала повністю незалежно від нашої. Але це нелегко: «Якщо ви проводите з ними тести, використовуючи невеликі закуски як винагороду, вони незабаром втратять інтерес. Принаймні, так мені кажуть мої колеги», — каже Рагоскі.

«Оскільки восьминоги не є типовими модельними організмами, наші біомолекулярні інструменти дуже обмежені», — каже Золотаров. «Тож ми ще точно не знаємо, які типи клітин експресують нову мікроРНК». Тепер команда Раєвського планує застосувати технологію, розроблену в лабораторії Раєвського, яка зробить клітини в тканинах восьминога видимими на молекулярному рівні.

Про це новини генетики та еволюційної нейронауки

автор: Яна Шлотер
джерело: MDC
Контакти: Яна Шлотер – MDC
картина: Автор зображення Нір Фрідман

Оригінальний пошук: відкритий доступ.
“МікроРНК тісно пов’язані з появою складного мозку восьминогаАвтор Ніколас Раговський та ін. Наука прогресує

Резюме

МікроРНК тісно пов’язані з появою складного мозку восьминога

М’якотілі головоногі, такі як восьминоги, є винятково розумними безхребетними з дуже складною нервовою системою, яка еволюціонувала незалежно від хребетних. Враховуючи підвищене редагування РНК у їхніх нейрональних тканинах, ми припустили, що регуляція РНК може відігравати ключову роль у когнітивному успіху цієї групи.

Таким чином, ми охарактеризували матричну РНК і малу РНК у трьох видів головоногих, включаючи 18 тканин звичайний восьминіг. Ми показуємо, що основним нововведенням РНК м’яких головоногих молюсків є розширення репертуару генів мікроРНК (міРНК).

Ці еволюційно нові мікроРНК в основному експресувалися в нервовій тканині дорослої людини та під час розвитку та підтримували функціональні та, отже, потенційно функціональні сайти-мішені. Єдині подібні розширення мікроРНК, зокрема, відбулися у хребетних.

Таким чином, ми припускаємо, що мікромолекули тісно пов’язані з розвитком складного мозку тварин.