Осьминог Сквидвард из мультсериала «Губка Боб Квадратные Штаны»
- Источник:
кадр мультсериала «Губка Боб Квадратные Штаны»
Осьминоги, кальмары и каракатицы обладают одной из самых сложных нервных систем в животном мире, что наделяет их удивительными интеллектуальными способностями — например, умением решать задачи и быстро менять внешний вид, сливаясь с окружающей средой.
Исключительный интеллект головоногих моллюсков может быть обусловлен древней перестройкой их ДНК, создавшей новые связи между генами, пришли к выводу исследователи из Венского университета (Австрия), статья которых опубликована в журнале Nature Communications.
Изначально ученые предположили, что секрет интеллектуальных способностей головоногих может крыться не в самих генах, а в том, как ДНК упакована и организована внутри клеток.
Дело в том, что хотя ДНК часто изображают в виде длинной закрученной спирали, внутри клетки она не просто вытянута в линию. Напротив, она сворачивается в сложную трехмерную конфигурацию, позволяя участкам, удаленным друг от друга в линейной последовательности, вступать в тесный физический контакт.
Эти контакты важны, поскольку они могут определять, какие гены активируются, когда они задействуются и насколько интенсивно работают. Таким образом, изменения в способе укладки ДНК способны влиять на активность генов, не меняя при этом саму генетическую «инструкцию».
Исследователи реконструировали замысловатую трехмерную структуру генома осьминогов, кальмаров и каракатиц, а затем сопоставили пространственное расположение ДНК со сценариями активности генов.
Ученые обнаружили свидетельства того, что сотни миллионов лет назад геномы головоногих моллюсков претерпели масштабную реорганизацию. В ходе этого эволюционного преобразования происходила перестройка обширных участков генетического материала, в результате чего ранее разобщенные области хромосом оказывались в непосредственной близости друг от друга.
Такая перегруппировка открывала возможности для взаимодействия между участками ДНК, которое ранее было невозможно. Возникнув, эти связи начинали влиять на активность друг друга, постепенно формируя все более сложные сети генетической регуляции.
Со временем эти взаимодействия становились все более взаимосвязанными и неразрывными, создавая процесс, который ученые называют «регуляторной запутанностью».
Одним из наиболее показательных результатов исследования стало обнаружение того, что разные части генома по-разному реагируют на эволюционную реорганизацию.
Исследователи выяснили, что крупные структурные области, называемые доменами хроматина, оставались удивительно стабильными на протяжении длительных периодов эволюции. Однако картина, связанная с более мелкими структурами — так называемыми петлями хроматина, — оказалась иной.
Такие петли образуются, когда удаленные друг от друга участки ДНК сближаются в трехмерном пространстве. В отличие от относительно стабильных доменов хроматина, эти петли значительно различались у разных видов головоногих моллюсков.
Особый интерес представляет их расположение. Многие из этих гибких связей ДНК обнаруживались рядом с генами, определяющими важные характеристики головоногих, в том числе развитие и функционирование нервной системы.
Таким образом, масштабная перестройка генома осьминогов, кальмаров и каракатиц, произошедшая в далеком прошлом, привела к сближению ранее разделенных участков. Эти новые связи изменили характер взаимодействия и регуляции генов, что, вероятно, способствовало эволюции необычайно сложных нервных систем у этих животных, подытожили ученые.
