Перестройка генома могла помочь осьминогам развить сложную нервную систему
Учёные из Венского университета выяснили, что одна из причин необычайно сложной нервной системы осьминогов, кальмаров и каракатиц может скрываться не только в наборе их генов, но и в том, как эти гены расположены и взаимодействуют внутри клетки.
Исследователи изучили трёхмерную структуру генома головоногих моллюсков и обнаружили следы масштабной перестройки, произошедшей сотни миллионов лет назад у их общего предка. В результате участки ДНК, которые раньше находились далеко друг от друга, оказались рядом и получили возможность влиять на работу соседних генов.
Это важно потому, что ДНК внутри клетки не существует в виде прямой нити. Она сложена в сложную трёхмерную структуру, и её форма определяет, какие участки генома могут контактировать между собой. Такие контакты помогают включать и выключать гены в нужное время и в определённых тканях.
После древней перестройки у головоногих появилось множество новых связей между регулирующими участками ДНК и генами. Особенно интересным оказалось то, что многие из этих связей относятся к генам, участвующим в развитии и работе нервной системы.
При этом крупная структура генома оставалась сравнительно стабильной, а сильнее всего менялись небольшие петли ДНК, соединяющие удалённые участки. Их расположение различалось между видами, тканями и стадиями развития, что могло дать эволюции больше возможностей для изменения работы генов без разрушения основных функций организма.
Учёные дополнительно проверили роль таких связей с помощью редактирования генома. Когда один из регулирующих участков ДНК отключили, это повлияло на работу генов, связанных с развитием нервной системы. Эксперимент подтвердил, что пространственные контакты между удалёнными участками генома действительно имеют биологическое значение.
Авторы предполагают, что подобная перестройка могла стать одним из факторов, позволивших головоногим развить необычайно сложную нервную систему. Осьминоги способны решать задачи, запоминать информацию, быстро менять окраску и управлять восемью щупальцами, каждое из которых содержит большое количество собственных нервных клеток.
Однако исследование не означает, что учёные нашли единственный «ген интеллекта» осьминога. Скорее, оно показывает, как древнее изменение структуры всего генома могло создать новые способы управления тысячами генов и тем самым открыть дополнительные возможности для эволюции сложного поведения.
Исследование в журнале Nature Communications.