Команда, которая упорядочила и аннотировала геном обыкновенного Калифорнийского осьминога с двумя пятнами (Осьминог bimaculoides) была во главе с учеными из Калифорнийского университета, Беркли, Института Окинавы Университета Выпускника Науки и техники (OIST) и Чикагского университета. Исследователи издадут свои результаты в выпуске 13 августа журнала Nature.Исследователи обнаружили поразительные различия между геномами осьминога и других беспозвоночных, включая широко распространенные перестановки генов и драматическое расширение семьи генов, вовлеченных в нейронное развитие, которое, как когда-то думали, было уникально для позвоночных животных.«Нервная система осьминога организована полностью различным способом от нашего: центральный мозг окружает пищевод, который типичен для беспозвоночных, но у этого также есть группы нейронов в руках, которые могут работать относительно автономно плюс огромные оптические лепестки, вовлеченные в видение», сказал Дэниел Рохсэр, кто co-led проект наряду с Клифтоном Рэнгсдэйлом, Чикагского университета. «Упорядочивание было возможностью посмотреть на геном и видеть то, что мы можем узнать об уникальном мозге и морфологии осьминога».
Понимание, как распределенный мозг осьминога взаимодействует со своими восемью руками, могло, например, помочь инженерам проектировать гибкие, цепкие руки для роботов, сказал он. В некоторой окружающей среде, такой как под водой, они могли работать лучше, чем сочлененные руки и ноги.Рохсэр, преподаватель УКА Беркли молекулярных и цитобиологии и физики, также возглавляет Молекулярное Отделение Генетики OIST как приглашенный лектор.Самое умное беспозвоночное
С большими, высоко развитыми мозгами цефалоподы – самые умные беспозвоночные на земле и продемонстрировали тщательно продуманное решение проблем и изучение поведений, отметил Рохсэр.«Мы уже нашли несколько генных типов, которые существенно расширены у осьминога относительно других позвоночных животных, и мы думаем, что они играют решающую роль, позволяющую новый уровень нейронной сложности быть достигнутыми у беспозвоночных», сказал он.
Они включают семью сигнальных молекул, названных protocaderins, которые регулируют нейронное развитие и взаимодействия малой дальности между нейронами и семью транскрипционных факторов, названных цинковыми пальцами, которые, главным образом, выражают в эмбриональных и нервных тканях и, как думают, играют роли в мозговом развитии.«Геном осьминога делает исследования черт цефалопода намного более послушными, и теперь представляет важный момент на древе жизни для сравнительных эволюционных исследований», сказал Рэнгсдэйл, адъюнкт-профессор в нейробиологии и organismal биологии и анатомии в Чикагском университете. «Это – невероятный ресурс, который открывает новые вопросы, которые, возможно, не задали прежде об этих замечательных животных».Проект был начат нобелевским лауреатом Сидни Бреннером, президентом-учредителем и выдающимся преподавателем OIST.Первая интеллектуальная жизнь на земле
Цефалоподы, которые включают не только осьминога, но также и кальмара, каракатицу и nautilus, появились в качестве хищников в древних океанах более чем 400 миллионов лет назад. Среди самого успешного были аммониты, которые доминировали над океанами в девонском периоде и являются общими окаменелостями сегодня. Они вымерли 66 миллионов лет назад в том же самом массовом исчезновении, которое сделало у динозавров.«Они были первыми умными существами на планете», сказал Бреннер.
В будущем OIST планирует упорядочить несколько видов кальмаров и осьминога Окинавы, который надеется Рохсэр, станет образцовым организмом для изучения биологии цефалопода.«Причина рассмотрения широко несколько различных типов цефалоподов должны видеть то, что сохранено среди них», сказал он. «Что подобно среди всех цефалоподов, вероятно, важно для того, чтобы быть цефалоподом».
Исследователи также использовали геном, чтобы разыскать гены, вовлеченные в адаптивную окраску, которая позволяет осьминогу изменять свой цвет кожи и структуру, чтобы смешаться с его средой и хищничеством спасения.«Мы нашли сотни новых генов, которые не имеют копий у других животных и могут быть вовлечены в этот уникальный камуфляжный процесс», сказал Рохсэр.Геном мог также помочь раскрыть генетическое основание для других инноваций осьминога, таких как их тщательно продуманные цепкие руки с сосунками, используемыми, чтобы ощутить химикаты в воде, а также чувстве и схватывании; их способность восстановить их конечности; двигательная установка, которая позволяет им бить струей вокруг под водой; подобные камере глаза, которые больше похожи на людей, чем другие беспозвоночные; и то, что у них три сердца, чтобы держать перекачку крови через их жабры.
Среди дополнительных авторов исследователь биоинформатики УКА Беркли Тереза Митрос; бывший докторант УКА Беркли Эрик Эдзингер-Гонсалес, теперь в OIST; Олег Симаков OIST; и Кэролайн Олбертин, Цз. Янь Ван и Джудит Пангор из Чикагского университета.
Эта работа была поддержана OIST, Национальным научным фондом и Национальными Институтами Здоровья.