Секрет интеллекта осьминогов может скрываться в том, как сложена их ДНК
Осьминоги умеют решать задачи, открывать контейнеры, запоминать людей и быстро менять окраску. Но откуда у моллюсков появилась настолько сложная нервная система?
Новое исследование Венского университета предлагает искать ответ не только в наборе генов, но и в трёхмерной архитектуре генома — в том, как длинная молекула ДНК складывается внутри клетки.
Работа опубликована в журнале Nature Communications.
ДНК — не просто строка кода
Геном часто представляют как длинный текст, составленный из четырёх букв. На самом деле внутри клеточного ядра ДНК многократно свёрнута, образуя петли и пространственные области.
Благодаря этому участки, находящиеся далеко друг от друга в линейной последовательности, могут физически сближаться. Один фрагмент ДНК способен управлять активностью гена, расположенного от него на значительном расстоянии.
Исследователи изучили такую трёхмерную организацию генома у трёх представителей колеоидных головоногих: гавайского кальмара-бобтейла, обыкновенной каракатицы и калифорнийского двупятнистого осьминога.
Учёные сопоставили структуру ДНК с активностью генов в разных тканях и на различных стадиях развития.
Древняя геномная перестройка
Сотни миллионов лет назад предок современных осьминогов, кальмаров и каракатиц пережил масштабную перестройку хромосом.
Фрагменты генома перемещались, сливались и менялись местами. В результате участки ДНК, прежде находившиеся далеко друг от друга, оказались соседями и начали взаимодействовать.
Авторы назвали этот процесс «регуляторным переплетением». Постепенно между генами и управляющими ими участками возникали новые связи, которые закреплялись в ходе эволюции.
Крупные структурные области генома при этом оказались относительно стабильными. Зато небольшие хроматиновые петли сильно различались между видами, тканями и стадиями развития. Многие из них находились рядом с генами, связанными с нервной системой и характерными особенностями головоногих.
Дополнительный эксперимент с CRISPR-Cas9 показал, что удаление одного из предполагаемых управляющих участков нарушает работу связей, участвующих в развитии нервной системы.
Это не «ген интеллекта»
Исследование не доказывает, что одна древняя перестройка сделала осьминогов умными. Интеллект и сложное поведение возникают из множества генетических, физиологических и экологических факторов.
Но работа показывает возможный механизм, который позволил эволюции создавать новые системы управления генами, не изобретая каждый ген заново.
Это важное различие.
Иногда биологическая сложность появляется не потому, что в геноме возникли новые «слова». Меняется порядок страниц, отдельные абзацы оказываются рядом — и старый текст начинает читаться совершенно по-другому.
