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, как было обнаружено в исследовательской статье, недавно опубликованной в BMC Biology под руководством Ремо Сангеса из SISSA в Триесте и Грациано Фиорито из Stazione Zoologica Антона Дорна из Неаполя. Исследование показывает, что одни и те же «прыгающие гены» активны как в мозге человека, так и в мозге двух видов: Octopus vulgaris, обыкновенного осьминога, и Octopus bimaculoides, калифорнийского осьминога. Это открытие может помочь нам 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 подвижные 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 эти фрагменты и сломанные копии транспозонов все еще могут быть полезны в качестве «сырого материала», который может лепить эволюция.
Среди этих мобильных 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 мобильные 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, ставшее результатом сотрудничества Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Stazione Zoologica Anton Dohrn и Istituto Italiano di Tecnologia, стало возможным благодаря методам секвенирования следующего поколения, которые использовались для анализа молекулярного состава генов, активных в нервная система 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», — объясняет Ремо. Сангес, директор лаборатории вычислительной геномики в SISSA, который начал работать над этим проектом, когда был исследователем в Stazione Zoologica Anton Dohrn из Неаполя. Исследование, опубликованное в BMC Biology, было проведено международной командой, состоящей из более чем двадцати исследователей со всего мира. «Я буквально вскочил на стул, когда под микроскопом увидел очень сильный сигнал активности этого элемента в вертикальной доле, структуре мозга, которая у осьминога является местом обучения и когнитивных способностей, точно так же, как у гиппокамп у людей», — говорит Джованна Понте из Stazione Zoologica Anton Dorn.
По словам Джузеппе Петрозино из Stazione Zoologica, Антона Дорна и Стефано Густинича из Istituto Italiano di Tecnologia, «это сходство между человеком и осьминогом, которое показывает активность элемента LINE в центре когнитивных способностей, можно объяснить как захватывающий пример конвергентной эволюции. явление, при котором у двух генетически далеких видов один и тот же молекулярный процесс развивается независимо, в ответ на сходные потребности». «Мозг осьминога по многим характеристикам функционально аналогичен мозгу млекопитающих», — говорит Грациано Фиорито, директор Департамента биологии и эволюции морских организмов Зоологической станции Антон Дорн. «Также по этой причине идентифицированный элемент LINE представляет собой очень интересного кандидата для изучения, чтобы улучшить наши знания об эволюции интеллекта».
