Осьминог является одним из самых любопытных существ в мире. Это имеет три сердца, щупальца с их собственными богатыми нейроном «мозгами» и кожей, которая может быстро изменить цвет и текстуру для уклонения от хищников. Не удивительно тогда, что у осьминога есть большой, сложный геном. И теперь это было упорядочено впервые, дав представления об отличительных способностях существа.
«Мы были действительно довольно удивлены связкой вещей, которые мы нашли», говорит Кэролайн Олбертин, эволюционный биолог развития в Чикагском университете в Иллинойсе и члене международной бригады, сообщающей о ее результатах онлайн сегодня по своей природе.Бригада упорядочила геном Калифорнийского осьминога с двумя пятнами (Осьминог bimaculoides), который стал общей лабораторной разновидностью.
Первое удивление сосредотачивается о том, как геном осьминога стал настолько большим. С 2,7 миллиардами пар азотистых оснований и больше чем 33 000 кодирующих протеин генов, геном немного меньше, чем 3 миллиарда геномов человека пары азотистых оснований, но имеет больше, чем 20 000 – 25 000 генов человека. Это также в пять – шесть раз больше, чем другие бесхарактерные геномы и имеет примерно дважды число хромосом, с 28.Эти характеристики принудили предыдущих исследователей размышлять, что осьминог извлек выгоду из целого дублирования генома, явления, в котором удвоение генофонда позволяет развитие новых черт.
Однако «Мы действительно не находим доказательств в геноме осьминога для целого дублирования генома», говорят Олег Симаков, сравнительный genomicist в Институте Окинавы Науки и техники в Японии. Одно важное значение для развития – то, что «существует больше чем один способ вырастить геном», говорит Олбертин.Вместо удвоения в целом, бригада нашла, что рост генома был сконцентрирован в двух семействах генов, подвергнувшихся драматическому расширению с появлением сотен новых генов, введением повторяющихся последовательностей и уборкой геномных перестановок. Эти семейства генов связаны с нервным развитием и вероятно держат ключи к разгадке развития нервной системы осьминога, которая является «полностью в отличие от позвоночного мозга», говорит Олбертин.
У позвоночных животных аксонов — нервные волокна — вложены в ножны в миелине, жировая ткань, помогающая ускорить передачу нервных сигналов. Миелин, возможно, позволил млекопитающим развивать большие органы путем предоставления возможности быстродействующей связи между центральные мозговые и отдаленные части тела. Нервная система осьминога испытывает недостаток в миелине и таким образом развила различную стратегию, полагающуюся на местную нервную коммуникацию.
Каждая из восьми рук осьминога имеет достаточно интеллектуальной мощи действовать независимо в некоторой степени. Даже когда разъединено, щупальце отступит от опасности.Одно из двух расширенных семейств генов, найденных у осьминога, делает протеины известными как цинковые транскрипционные факторы пальца, управляющие уровнем, при котором сделаны другие протеины и, Симаков говорит, может иметь роль в поддержании нервных клеток.
Другая семья генов делает protocadherins, регулирующие нейронное развитие у млекопитающих. У большинства беспозвоночных есть всего несколько protocadherin генов, и ранее считалось, что только у позвоночных животных есть много.
Но у осьминога есть почти вдвое больше protocadherins, как делает человека, говорит Олбертин.Она и коллеги подтвердили, что эти protocadherin гены выражены у осьминога нервные ткани, предложив, чтобы у них была центральная роль в развитии и регулировании что необычная нервная система.
Какие гены ответственны за различные черты осьминога, остаются быть распутанным. Это также верно для многих уникальных генов, которые они нашли, чтобы быть активными в коже и сосунках.
Последовательность генома является «хорошим первым шагом” для дальнейших исследований в биологии развития и в определении функции гена, говорит Олбертин.«Это – действительно захватывающее исследование, предоставляющее нам некоторые ответы относительно того, что генетически делает осьминога», говорит Джэйкоб Винтэр, молекулярный палеобиолог в Бристольском университете в Соединенном Королевстве, не вовлеченный в проект.
В частности он считает его интересным, что у осьминогов есть генетические элементы, соответствующие сложности позвоночных животных.