Co mózgi ośmiornic mówią nam o naszych mózgach

Spojrzenie wstecz na historię ewolucji pokazuje, że ludzie i głowonogi mają wspólnego przodka: prymitywną istotę przypominającą robaka.

Ośmiornice uchodzą za bardzo inteligentne, przynajmniej jak na bezkręgowce zwierząt. Wraz z innymi głowonogami, takimi jak mątwy i kalmary, ośmiornice mają najbardziej złożone mózgi i układy nerwowe spośród wszystkich zwierząt bezkręgowych. Naukowcy często zastanawiali się, dlaczego to właśnie te mięczaki jako jedyne rozwinęły większą złożoność neurologiczną, podczas gdy zjawisko to jest typowe dla większości kręgowców.

Wspólny przodek człowieka i ośmiornicy

Patrząc daleko wstecz w historię ewolucji, ludzie i ośmiornice mają wspólnego przodka: prymitywną istotę przypominającą robaka, o minimalnej inteligencji i prostych oczach. Z jej potomków powstały później dwie wielkie gałęzie królestwa zwierząt – kręgowce (z kręgosłupem) i bezkręgowce (bez kręgosłupa). Podczas gdy u kręgowców rozwinęły się duże i złożone mózgi o znacznych zdolnościach poznawczych, u zwierząt bezkręgowych tak się nie stało – z wyjątkiem głowonogów.

Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Max-Delbrück-Centrum oraz Dartmouth College w Stanach Zjednoczonych ujawniło teraz, w jaki sposób mózgi mątw są podobne do mózgów wyższych kręgowców. Wyniki opublikowane w czasopiśmie naukowym Science Advances pokazują, że mątwy mają w swoim mózgu i tkance nerwowej wiele różnych genów kodujących microRNA (miRNA) – co odpowiada trendowi zaobserwowanemu podczas ewolucji kręgowców.

«To właśnie łączy nas z ośmiornicą», powiedział współautor badania, profesor Nikolaus Rajewsky. Odkrycie to prawdopodobnie oznacza, że miRNA odgrywają podstawową rolę w rozwoju złożonych mózgów.

microRNA jako klucz do złożoności

miRNA składają się z nie więcej niż 23 nukleotydów i są małymi, jednoniciowymi, niekodującymi molekułami RNA, które występują w komórkach roślin i zwierząt. Odgrywają ważną rolę w regulacji ekspresji genów, przede wszystkim poprzez celowanie w molekuły informacyjnego RNA i zapobieganie ich opuszczaniu jądra komórkowego w celu udziału w syntezie białek.

W 2019 roku profesor Rajewsky przeczytał publikację dotyczącą analiz genetycznych przeprowadzonych na ośmiornicach. Naukowcy odkryli, że u tych głowonogów zachodzi bardzo intensywna edycja RNA – to znaczy, że korzystają one obszernie z określonych enzymów, które mogą zmieniać kodowanie ich RNA. „To skłoniło mnie do myśli, że ośmiornice nie tylko są dobre w edytowaniu, ale mogą mieć w zanadrzu również inne sztuczki związane z RNA", powiedział Rajewsky.

Zaczął współpracę z naukowcami ze stacji badań morskich Stazione Zoologica Anton Dohrn w Neapolu, którzy przesłali mu próbki 18 różnych typów tkanek martwych kałamarnic. Zespół badawczy sporządził profil wszystkich małych molekuł RNA obecnych w tych tkankach i stwierdził, że liczba obecnych molekuł miRNA znacznie wzrosła w porównaniu z innymi bezkręgowcami. W szczególności w tkankach kałamarnic obecnych było 42 nowe rodziny genów kodujących miRNA.

90 nowych rodzin microRNA u ośmiornic

„To trzecia co do wielkości ekspansja rodzin microRNA w Świat zwierząt i największa poza kręgowcami", powiedział główny autor badania, dr Grygoriy Zolotarov. „Aby dać wyobrażenie o skali: ostrygi, które również należą do mięczaków, zyskały tylko pięć nowych rodzin microRNA od czasu ostatniego wspólnego przodka, jakiego dzielą z ośmiornicami – podczas gdy ośmiornice zyskały ich 90!" Ostrygi, dodaje Zolotarov, „nie są akurat znane ze swojej inteligencji".

Obecnie pochodzenie i presja selekcyjna prowadząca do powstania tych nowych genów miRNA nie są znane. Ponieważ zostały one zachowane w trakcie ewolucji głowonogów, zespół doszedł do wniosku, że są one dla tych zwierząt jednoznacznie korzystne, a więc funkcjonalnie ważne. Dalsze analizy embrionalnych komórek kałamarnic w późnym stadium rozwoju wykazały, że wiele z tych nowych miRNA było eksprymowanych podczas rozwoju przede wszystkim w komórkach nerwowych i tkankach nerwowych.

Wyniki zespołu wskazują, że głowonogi mają większą Złożoność mózgu rozwijały się w taki sam sposób jak mózgi kręgowców, wykorzystując znacznie więcej regulatorowych miRNA do sterowania aktywnością genów. Konieczne są jednak dalsze badania, aby dokładnie zrozumieć, jak funkcjonują cząsteczki miRNA i co robią podczas rozwoju neuronalnego.

„Ponieważ ośmiornice nie są typowymi organizmami modelowymi, nasze narzędzia biologii molekularnej były bardzo ograniczone" – mówi dr Zolotarov. Nie wiadomo więc jeszcze dokładnie, które typy komórek eksprymują nowe mikroRNA. Naukowcy planują teraz zastosować technikę opracowaną w laboratorium Rajewskiego, która ma umożliwić wizualizację komórek w tkance ośmiornicy na poziomie molekularnym.