Ученые давно знают, что осьминоги — умные существа. Теперь международная группа биологов попыталась выяснить, почему нервная система головоногих пошла по пути развития, который не присущ беспозвоночным. Оказалось, что осьминоги приобрели огромное количество новых семейств микроРНК. Ранее ученые считали, что это свойственно только позвоночным. Это исследование позволило доказать, что короткие РНК играют большую роль в формировании сложного мозга. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advanced.
Более 500 миллионов лет назад жил последний предок людей и головоногих моллюсков — червеобразное существо с низким интеллектом. Затем часть его потомков начала отращивать скелет, положив начало хордовым животным (к которым относимся и мы). Другая часть осталась без позвоночника. Позвоночные продолжили совершенствовать свой мозг, когда как беспозвоночные его развивали заметно хуже. Исключением стали головоногие, которых ученые считают весьма умными созданиями. В их число входят осьминоги, кальмары и каракатицы. Ученые утверждают, что они очень любопытны, могут запоминать вещи и распознавать людей. Исследователи предполагают, что им даже снятся сны, так как они меняют цвет и структуру кожи во время сна.
Биологи задумались почему такая сложная нервная система смогла развиться только у этих беспозвоночных. Оказалось, что ключевую роль сыграли короткие РНК (микроРНК, microRNA) — одноцепочечные РНК, включающие в себя от 20 до 25 нуклеотидов (отдельных звеньев). Благодаря им происходит активация и деактивация различных генов.
Исследователи обнаружили, что процесс эволюции мозга осьминогов сопровождался резким расширением набора коротких молекул РНК, регулирующих активность генов в их нервных клетках. Чтобы выяснить это, они отобрали 18 различных тканей взрослых осьминогов и сопоставили их с аналогичными клетками беспозвоночных. В теле осьминогов насчитали около 90 новых семейств микроРНК, из которых большая часть располагается в нервной системе. Для примера, устрицы со времен своего разделения с позвоночными приобрели только 5 новых семейств. Оказалось, что нейроны осьминогов используют 42 класса коротких РНК, большая часть которых вообще отсутствует у беспозвоночных. То есть осьминоги в процессе эволюции законсервировали гены, которые были функционально важными для них. Такие изменения микроРНК наблюдались ранее только в процессе эволюции предков людей и других позвоночных животных.
«Это то, что объединяет нас с осьминогом. Мы еще точно не знаем, какие типы клеток экспрессируют новые микроРНК. Это открытие, вероятно, означает, что короткие РНК играют фундаментальную роль в развитии сложного мозга», — подытожил профессор Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка в Берлине Николаус Раевский, руководитель исследования.
Текст: Александра Безродная
Zolotarov, G., Fromm, B., Legnini, I., Ayoub, S., Polese, G., Maselli, V., Chabot, P. J., Vinther, J., Styfhals, R., Seuntjens, E., di Cosmo, A., Peterson, K. J., & Rajewsky, N. (2022). MicroRNAs are deeply linked to the emergence of the complex octopus brain. Science Advances, 8(47). https://doi.org/10.1126/sciadv.add9938