Прыгающие гены, ака транспозоны, возможно, незнакомы большинству из нас, но они фигурируют в двух недавних исследованиях, посвященных морским существам, ценимым аквалангистами – осьминогам и морским драконам – и могут объяснить некоторые загадки, окружающие этих существ.
Транспозон — это последовательность ДНК, способная перемещаться внутри генома, набор инструкций ДНК, обнаруженных в клетке. Транспозоны могут перемешивать или дублировать себя, используя молекулярные механизмы копирования и вставки или даже «вырезания и вставки», и могут вызывать быстрые генетические изменения, когда они внедряются в середину гена или рядом с ним, препятствуя нормальной работе этого гена.
Транспозоны составляют 45% генома человеческого мозга, но теперь они впервые обнаружены в мозгу беспозвоночного животного. осьминог – и это может как раз объяснить его доказанный высокий уровень интеллекта.
Исследование проводилось международной командой из 20 исследователей под руководством Ремо Санжеса из Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) в Триесте и Грациано Фиорито из Зоологической станции Антона Дорна (SZAD) в Неаполе.
«Чрезвычайно сложный» мозг и когнитивные способности осьминогов уникальны среди беспозвоночных, говорят ученые, и они считают, что прыжковые гены являются ключом к этой сложности, свойственной позвоночным, после того, как они обнаружили их в мозгу как обычных, так и обычных животных. осьминог (Octopus вульгарные) и калифорнийский осьминог (Octopus бимакулоиды).
Как и у людей, некоторые транспозоны неактивны, поскольку со временем накапливают мутации, в то время как другие, хотя и неповрежденные, блокируются клеточными защитными механизмами – хотя даже фрагменты и сломанные копии транспозонов могут служить сырьем для эволюции, говорят исследователи.
Наиболее важные транспозоны, известные как длинные вкрапленные ядерные элементы (LINE), остаются потенциально активными. Ранее считавшиеся не более чем пережитками далекого прошлого, недавние исследования показали, что активность LINE тонко регулируется в мозге, особенно в области гиппокампа, и может быть связана с когнитивными способностями, такими как обучение и память.
Геном осьминога богат транспозонами. Большинство из них неактивны, но, используя новейшие методы секвенирования, чтобы сосредоточиться на тех, кто все еще способен к копированию и вставке, исследователи определили элемент семейства LINE в частях мозга осьминога, имеющих решающее значение для когнитивных способностей.
«Я буквально подпрыгнул на стуле, когда под микроскопом увидел очень сильный сигнал активности этого элемента в вертикальной доле, структуре мозга, которая у осьминогов является местом обучения и когнитивных способностей – точно так же, как у осьминогов. гиппокамп у людей», — сказала Джованна Понте из SZAD.
«Открытие элемента семейства LINE, активного в мозгу двух видов осьминогов, очень важно, поскольку оно подтверждает идею о том, что эти элементы имеют специфическую функцию, выходящую за рамки копирования и вставки», — сказал Санжес. Исследование опубликовано в BMC Биология.
Морской дракон выглядит
По мнению ученых из Университета Орегона, в случае морских драконов, которые встречаются в дикой природе только в Австралии, транспозоны могут объяснить их отличительный внешний вид, который так ценят подводные фотографы.
Секвенируя геномы как сорных, так и листовых разновидностей морского дракона, ученые обнаружили, что ключевая группа генов, которые у других позвоночных животных управляют развитием лица, зубов, придатков и частей нервной системы, отсутствует.
«Морские драконы — чудаки в группе и без того странных рыб», — заметил научный сотрудник профессор Клэй Смолл, имея в виду их близких родственников в Сингнатиды семья, морские коньки и игла.
«Существует большой интерес к тому, насколько податливы эволюции такие вещи, как голова и лицо», — сказала старший научный сотрудник Сьюзи Бэшем, которая руководила исследованием вместе со Смоллом. «И морские драконы могут быть хорошим примером для такого рода вопросов из-за огромных различий, которые они развили довольно быстро». По ее словам, вместе с морскими коньками и иглами они разветвились около 50 миллионов лет назад, «что относительно недавно по эволюционным меркам».
Получив редкий доступ к образцам тканей через Берёзовый аквариум в Scripps Research и Аквариум Теннесси, исследователи проанализировали генетические последовательности морских драконов, а также морских коньков и игл. По сравнению с костистыми рыбами, такими как данио и колюшка, все Сингнатиды у них отсутствовали гены, управляющие развитием, но, в отличие от своих родственников, морские драконы также содержали большее, чем обычно, количество транспозонов.
Специализированный рентгеновский микроскоп был использован для получения трехмерного изображения высокого разрешения 3-сантиметрового морского дракона (Филлоптерикс taeniolatus). Его отсканировали по частям, а изображения сшили вместе, чтобы сформировать полную картину, раскрывающую мельчайшие детали костей морского дракона.
«Никто никогда раньше не изображал какую-либо часть морского дракона таким образом», — сказал Бэшем. «Мы могли видеть, что опорные структуры для листовых весл представляли собой развитие шипов, а затем к концам добавились мясистые придатки». По ее словам, это подтвердило идею о том, что то, что казалось декоративными придатками, развилось из шипов.
Команда надеется, что обнародование последовательностей генома морских драконов поможет понять, как развивались странные существа, а также попытаться их сохранить. Их исследование опубликовано в Труды национальных академий наук.
Также в Дивернете: Вы поймали морского дракона?, Забота в логове дракона, Ruby Seadragons дебютируют вживую
