Мозг осьминога и человека имеют одинаковые «прыгающие гены»

Осьминог — уникальный организм со сложным мозгом и когнитивными способностями, не имеющими аналогов среди беспозвоночных. Во многом он ближе к позвоночным. Нейронная и когнитивная сложность этих животных может происходить из молекулярной аналогии с человеческим мозгом, как показало исследование, опубликованное в BMC Biology под руководством Ремо Санжеса из SISSA (Триест) и Грациано Фиорито из Зоологической станции «Антон Дорн» (Неаполь).

Исследование показывает, что одни и те же «прыгающие гены» активны как в мозге человека, так и в мозге двух видов осьминогов: Octopus vulgaris (обыкновенный осьминог) и Octopus bimaculoides (калифорнийский осьминог). Это открытие может помочь понять секрет интеллекта этих существ.

Ещё в 2001 году расшифровка генома человека показала, что более 45% его состоит из последовательностей, называемых транспозонами, или «прыгающими генами». Они могут «перемещаться» по геному, дублируясь или вырезаясь. В большинстве случаев эти мобильные элементы молчат: они неактивны и потеряли способность к перемещению. Некоторые повреждены мутациями, другие заблокированы защитными механизмами клетки. С эволюционной точки зрения даже их фрагменты могут служить «сырым материалом».

Среди этих элементов наиболее важны те, что принадлежат к семейству LINE (Long Interspersed Nuclear Elements). В человеческом геноме их около сотни копий, и они всё ещё потенциально активны. Раньше считалось, что активность LINE — всего лишь эволюционный пережиток, но новые данные показывают, что в мозге она тонко регулируется. Многие учёные полагают, что транспозоны LINE связаны с когнитивными способностями, такими как обучение и память: они особенно активны в гиппокампе — ключевой структуре мозга для процессов обучения.

Геном осьминога, как и наш, богат «прыгающими генами», большинство из которых неактивны. Сосредоточившись на транспозонах, всё ещё способных к копированию, исследователи идентифицировали элемент семейства LINE в частях мозга, crucial для когнитивных способностей этих животных. Открытие стало результатом сотрудничества SISSA, Зоологической станции «Антон Дорн» и Итальянского института технологий и было сделано с помощью методов секвенирования нового поколения для анализа молекулярного состава активных генов в нервной системе осьминога.

«Обнаружение активного элемента LINE в мозге двух видов осьминогов очень значимо, поскольку поддерживает идею, что у этих элементов есть специфическая функция, выходящая за рамки простого копирования», — объясняет Ремо Санжес.

«Я буквально подпрыгнул на стуле, когда под микроскопом увидел очень сильный сигнал активности этого элемента в вертикальной доле — структуре мозга осьминога, которая является местом обучения и когнитивных способностей, подобно гиппокампу у человека», — рассказывает Джованна Понте.

По словам Джузеппе Петрозино и Стефано Густинчича, «это сходство между человеком и осьминогом, показывающее активность элемента LINE в центре когнитивных способностей, может быть объяснено как fascinating пример конвергентной эволюции — явления, при котором у двух генетически далёких видов один и тот же молекулярный процесс развивается независимо в ответ на схожие потребности».

«Мозг осьминога функционально аналогичен мозгу млекопитающих по многим характеристикам, — говорит Грациано Фиорито. — Поэтому идентифицированный элемент LINE представляет собой очень интересного кандидата для изучения, чтобы улучшить наши знания об эволюции интеллекта».