Was Krakengehirne über unsere Gehirne verraten

Ein Blick zurück in die Evolutionsgeschichte zeigt, dass Menschen und Tintenfische einen gemeinsamen Vorfahren haben: ein primitives, wurmähnliches Lebewesen.

Kraken gelten als sehr intelligent, zumindest für wirbellose Tiere. Zusammen mit anderen Kopffüssern, wie Tintenfischen und Kalmaren, haben Kraken die komplexesten Gehirne und Nervensysteme aller wirbellosen Tiere. Forschende haben sich oft gefragt, warum diese Weichtiere die einzigen waren, die eine grössere neurologische Komplexität entwickelt haben, während dieses Phänomen für die meisten Wirbeltiere typisch ist.

Gemeinsamer Vorfahre von Mensch und Krake

Wenn man weit in die Evolutionsgeschichte zurückblickt, haben Menschen und Kraken einen gemeinsamen Vorfahren: ein primitives, wurmähnliches Wesen mit minimaler Intelligenz und einfachen Augen. Aus seinen Nachkommen entstanden später die beiden grossen Zweige des Tierreichs, die Wirbeltiere (mit Rückgrat) und die Wirbellosen (ohne Rückgrat). Während sich bei den Wirbeltieren grosse und komplexe Gehirne mit beträchtlichen kognitiven Fähigkeiten entwickelten, war dies bei den wirbellosen Tieren nicht der Fall – mit Ausnahme der Kopffüsser.

Eine neue Studie von Forschenden des Max-Delbrück-Centrums und des Dartmouth College in den Vereinigten Staaten hat nun aufgedeckt, in welcher Art und Weise die Gehirne von Tintenfischen den Gehirnen höherer Wirbeltiere ähnlich sind. Die in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Tintenfische in ihrem Gehirn und ihrem Nervengewebe eine Vielzahl verschiedener Gene haben, die für microRNAs (miRNAs) kodieren – was dem Trend entspricht, der während der Evolution der Wirbeltiere beobachtet wurde.

«Das ist es also, was uns mit dem Kraken verbindet», sagte Studienmitautor Professor Nikolaus Rajewsky. Dieser Befund bedeute wahrscheinlich, dass miRNAs eine grundlegende Rolle bei der Entwicklung komplexer Gehirne spielen.

microRNAs als Schlüssel zur Komplexität

miRNAs bestehen aus nicht mehr als 23 Nukleotiden und sind kleine, einzelsträngige, nicht codierende RNA-Moleküle, die in Pflanzen- und Tierzellen vorkommen. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Genexpression, vor allem indem sie auf Boten-RNA-Moleküle abzielen und verhindern, dass diese den Zellkern verlassen, um an der Proteinsynthese beteiligt zu sein.

Im Jahr 2019 las Professor Rajewsky eine Veröffentlichung über genetische Analysen, die an Kraken durchgeführt wurden. Forschende hatten herausgefunden, dass bei diesen Kopffüssern viel RNA-Editierung stattfindet – das heisst, sie machen ausgiebig Gebrauch von bestimmten Enzymen, die die Kodierung ihrer RNA verändern können. «Das brachte mich auf die Idee, dass Kraken nicht nur gut im Editieren sind, sondern auch andere RNA-Tricks drauf haben könnten», so Rajewsky.

Er begann eine Zusammenarbeit mit Forschenden der Meeresforschungsstation Stazione Zoologica Anton Dohrn in Neapel, die ihm Proben von 18 verschiedenen Gewebearten toter Tintenfische zusandten. Das Forschungsteam erstellte ein Profil aller kleinen RNA-Moleküle in diesen Geweben und stellte fest, dass die Anzahl der vorhandenen miRNA-Moleküle im Vergleich zu anderen wirbellosen Tieren stark gestiegen ist. Insbesondere waren 42 neue Familien von Genen, die für miRNAs kodieren, in den Geweben der Tintenfische vorhanden.

90 neue microRNA-Familien bei Kraken

«Dies ist die drittgrösste Erweiterung von microRNA-Familien in der Tierwelt und die grösste ausserhalb der Wirbeltiere», sagte der Hauptautor der Studie, Dr. Grygoriy Zolotarov. «Um Ihnen eine Vorstellung von der Grössenordnung zu geben: Austern, die ebenfalls zu den Weichtieren gehören, haben seit den letzten Vorfahren, die sie mit Kraken geteilt haben, nur fünf neue microRNA-Familien erworben – während die Kraken 90 erworben haben!» Austern, fügt Zolotarov hinzu, seien «nicht gerade für ihre Intelligenz bekannt».

Derzeit sind der Ursprung und der Selektionsdruck für die Entstehung dieser neuen miRNA-Gene nicht bekannt. Da sie während der Evolution der Kopffüsser konserviert wurden, kam das Team zu dem Schluss, dass sie für die Tiere eindeutig von Vorteil und daher funktionell wichtig sind. Weitere Analysen von embryonalen Tintenfischzellen im Spätstadium zeigten, dass viele dieser neuen miRNAs während der Entwicklung vor allem in Nervenzellen und Geweben exprimiert wurden.

Die Ergebnisse des Teams legen nahe, dass Kopffüsser eine grössere Gehirnkomplexität auf die gleiche Weise entwickelten wie Wirbeltiergehirne, indem sie viel mehr regulatorische miRNAs zur Steuerung der Genaktivität einsetzten. Allerdings sind weitere Forschungen erforderlich, um genau zu verstehen, wie die miRNA-Moleküle funktionieren und was sie während der neuronalen Entwicklung tun.

«Da Kraken keine typischen Modellorganismen sind, waren unsere molekularbiologischen Werkzeuge sehr begrenzt», sagt Dr. Zolotarov. Man wisse also noch nicht genau, welche Zelltypen die neuen microRNAs exprimieren. Die Forschenden planen nun, eine in Rajewskys Labor entwickelte Technik anzuwenden, die die Zellen im Tintenfischgewebe auf molekularer Ebene sichtbar machen soll.

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