Скачащи гени, известен още транспозони, може да са непознати за повечето от нас, но те фигурират в две скорошни проучвания, свързани с морските същества, ценени от водолазите – октоподи и морски дракони – и биха могли да обяснят някои от мистериите около тези същества.
Транспозонът е ДНК последователност, която има способността да се движи в рамките на генома, набор от ДНК инструкции, открити в клетката. Транспозоните могат да се разбъркват или дублират сами, като използват молекулярни механизми за копиране и поставяне или дори изрязване и поставяне и могат да причинят бързи генетични промени, когато се вмъкнат в средата или близо до ген, предотвратявайки нормалната работа на този ген.
Транспозоните съставляват 45% от генома на човешкия мозък, но сега те са открити за първи път в мозъка на безгръбначно, октопод – и това може просто да обясни доказаното му високо ниво на интелигентност.
Проучването е проведено от международен екип от 20 изследователи, координирани от Remo Sanges от Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) в Триест и Graziano Fiorito от Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) в Неапол.
„Изключително сложният“ мозък и когнитивните способности на октоподите са уникални сред безгръбначните, казват учените и смятат, че гените за скачане са ключът към тази подобна на гръбначните сложност, след като ги откриват в мозъците и на двете обикновени октопод (октопод вулгарис) и калифорнийски октопод (октопод bimaculoides).
Както при хората, някои транспозони са неактивни, защото са натрупали мутации с течение на времето, докато други, макар и непокътнати, са блокирани от клетъчни защитни механизми - въпреки че дори фрагменти и счупени копия на транспозони могат да осигурят суров материал за еволюцията, казват изследователите.
Най-подходящите транспозони, известни като дълго разпръснати ядрени елементи (LINE), остават потенциално активни. Преди се смяташе, че не е нищо повече от останки от далечното минало, скорошни изследвания разкриха, че LINE активността е фино регулирана в мозъка, особено в областта на хипокампуса, и може да бъде свързана с когнитивни способности като учене и памет.
Геномът на октопода е богат на транспозони. Повечето са неактивни, но с помощта на най-новите техники за последователност, за да се съсредоточат върху онези, които все още могат да копират и поставят, изследователите идентифицираха елемент от семейството LINE в части от мозъка на октопода, които са от решаващо значение за когнитивните способности.
„Буквално скочих на стола, когато под микроскопа видях много силен сигнал за активност на този елемент във вертикалния дял, структурата на мозъка, която в октопода е седалището на ученето и когнитивните способности – точно като хипокампуса при хората“, каза Джована Понте от SZAD.
„Откриването на елемент от семейството LINE, активен в мозъка на двата вида октоподи, е много важно, защото добавя подкрепа към идеята, че тези елементи имат специфична функция, която надхвърля копирането и поставянето“, каза Сангес. Проучването е публикувано в BMC Биология.
Seadragon изглежда
В случая с морските дракони, които се срещат в дивата природа само в Австралия, транспозоните биха могли да обяснят тези отличителни визии, които са толкова ценени от подводните фотографи, според учени от Университета на Орегон.
Чрез секвениране на геномите както на плевелите, така и на листните разновидности на морски дракон, учените установиха, че липсва ключова група от гени, които при други гръбначни животни ръководят развитието на лицето, зъбите, придатъците и части от нервната система.
„Морските дракони са странни топчета в група вече странни риби“, отбеляза изследователят асистент проф. Клей Смол, имайки предвид техните близки роднини в Syngnathidae семейство, морски кончета и риба луна.
„Има голям интерес към това колко податливи на еволюцията са неща като главата и лицето“, каза старши научен сътрудник Сузи Башам, която ръководи проучването заедно със Смол. „И морските дракони могат да бъдат добри казуси за такъв тип въпроси поради изключителните разлики, които са развили доста бързо.“ Заедно с морските кончета и тръбопроводите те са се разклонили преди около 50 милиона години, каза тя, „което е сравнително наскоро според еволюционните стандарти“.
Получавайки рядък достъп до проби от тъкани чрез Birch Aquarium в Scripps Research и Tennessee Aquarium, изследователите анализираха генетичните последователности на морските дракони и тези на морски кончета и луни. В сравнение с костни риби като риба зебра и стърчиопашка, всички Syngnathidae им липсваха гените, които ръководят развитието, но за разлика от техните роднини, морските дракони също съдържаха по-високи от обичайните количества транспозони.
Специализиран рентгенов микроскоп беше използван за улавяне на 3D изображение с висока разделителна способност на 30 cm плевелен морски дракон (Phyllopteryx taeniolatus). Той беше сканиран на части, като изображенията бяха съшити, за да образуват цялостна картина, която разкриваше най-фините детайли от костите на морския дракон.
„Никой досега не е изобразявал част от морски дракон по този начин“, каза Башам. „Можехме да видим, че опорните структури за листните лопатки изглеждаха като изработка на бодли, а след това месестите придатъци бяха добавени към краищата.“ Тя каза, че това подсилва идеята, че това, което изглежда като декоративни придатъци, е еволюирало от шипове.
Екипът се надява, че предоставянето на обществен достъп до геномните последователности на морските дракони ще помогне да се разбере как са еволюирали странните същества, както и в усилията за тяхното опазване. Изследването им е публикувано в Известия на Националните академии на науките.
Също в Divernet: Снимали ли сте Seadragon?, Грижа в леговището на дракона, Ruby Seadragons правят дебют на живо
