«Octo-sapience»: Как и зачем осьминоги редактируют свой генетический код

Осьминоги настолько удивительные существа, что их нередко шутливо называют «инопланетянами»: они за секунды меняют текстуру и окрас кожи, имеют три сердца и, подобно приматам, могут пользоваться инструментами — как орудиями производства. 

Однако с генетической точки зрения они вполне «земные» — их ДНК устроена по тем же правилам (A, C, T, G). А вот что действительно отличает их от прочих животных — способность жонглировать некоторыми буквами-нуклеотидами в своей РНК. В генетическом «словаре» (A, C, U, G) осьминоги умеют менять буквы: заменяют аденозин (A) на инозин (I). Это позволяет в реальном времени корректировать работу белков и тонко регулировать физиологию организма. 

Долгое время этот феномен оставался загадкой природы, пока им не занялись морские биологи из Marine Biological Laboratory в Вудс-Хоуле (Кейп-Код, Массачусетс). В новом исследовании они показали, что осьминоги фактически живут в режиме своеобразной «перманентной эволюции» — а точнее, постоянной молекулярной настройки, адаптируя нервную систему к изменениям окружающей среды. 

Nota bene: пояснение к генетическим терминам 

Вот ключевые термины, которые упомянуты выше и встречаются далее в тексте: 

🧬 ДНК – молекула, несущая генетическую информацию, расположена в ядре клетки. Передаётся от родителей к ребёнку в пропорции 50/50. Помимо этого, существует митохондриальный геном — 37 генов, наследуемых исключительно по материнской линии.

📜 РНК – молекула, представляющая собой «рабочую копию» участка ДНК, которая передаёт закодированную в конкретном гене функцию на исполнение клетке и организму.

И ДНК, и РНК состоят из четырёх типов нуклеотидов — своеобразных «байтов» генетической информации. В случае РНК это набор A, C, G, U (аденозин, цитидин, гуанозин и урацил).

Что исследовали в Woods Hole: детали эксперимента 

Учёные работали с осьминогами и другими цефалоподами — кальмарами и каракатицами, наблюдая у них молекулярные изменения в организме. 

На данном этапе эксперимента они сосредоточились на температурных колебаниях и их влиянии на нервную систему, поскольку этот фактор является ключевым в регуляции физиологических процессов у всех живых существ. 

Сначала резервуары охладили примерно до 13 °C, а затем нагрели до 22 °C (такая температурная вилка привычна для их естественной среды). После мониторинга исследователи обнаружили: 

🥶  При охлаждении количество случаев редактирования кодирующей белок РНК возросло до 13 285

🔥 При нагреве это число сократилось до 550

Стоит отметить, что сам процесс замены одной буквы в молекуле РНК встречается и у человека, равно как и у многих других животных. Однако у нас это почти всегда касается лишь «небелковой» РНК, поэтому заметного эффекта на функции организма такие изменения не оказывают. 

Зачем осьминоги “жонглируют генами”? 🐙🧬

Осьминоги заменяют всего одну букву в РНК — аденозин (A) на ➝ инозин (I) , который клетка считывает как гуанин (G). ✍️ Но и этого достаточно, ведь аденозин составляет четверть всего генетического «алфавита». Учёные предполагают, что такой механизм адаптации развился у цефалоподов потому, что они не способны самостоятельно регулировать температуру своего тела. 

Если упростить: осьминоги не могут создать в организме «тепличные условия» при резком изменении температуры. Поэтому они фактически перенастраивают саму концепцию биологического комфорта, делая организм менее энергозатратным : замедляют обмен веществ и корректируют функции белков через тончайшие изменения на уровне РНК. 

Другие эктотермические животные тоже обладают стратегиями выживания в холоде: рептилии впадают в нечто вроде спячки, сводя метаболизм к минимуму, а амурский ротан способен перенести даже полное замерзание во льду. Но именно осьминоги вывели процесс адаптации на принципиально новый уровень . 

Главная загадка – нервная система 🧠🐙 

Команда учёных выделила два ключевых белка, функции которых меняются при температурном редактировании РНК: 

🚚 Кинезин-1 – при редактировании снижается скорость его перемещения по нейронам, что влияет на внутриклеточный транспорт.
💬 Синаптотагмин – белок, отвечающий за коммуникацию между нейронами через высвобождение нейромедиаторов.

Исследование подтверждает гипотезы, выдвинутые ещё в 2023 году: осьминоги действительно способны перестраивать работу отдельных участков мозга при изменении температуры. 

Это открытие стало ещё одним свидетельством сложности нервной системы головоногих, которые и раньше демонстрировали, мягко говоря, нетривиальные способности. 

Факты о самых разумных обитателях океана 🐙🌊

P.S. О китах

Впрочем, осьминоги — не единственные морские интеллектуалы. Развитым когнитивным аппаратом обладает и семейство китовых. Эти гиганты много миллионов лет назад осознали, что суша им не подходит, и вернулись в колыбель жизни — океан. Здесь они стали самыми крупными и одними из самых умных представителей морской фауны. Подробнее об их феноменальных способностях в статье Планета китов. Гиганты, о которых мы знаем не всё.  

Материал подготовлен при участии нашего партнёра — Henome.com, медиа-проекта о геноме человека и генетике в целом. 

Понравилось? У нас много материалов в разделе Health and Science. Понравилось? Подписывайтесь на наш дайджест в Facebook, Instagram, Telegram – в нем мы рассказываем об истории и о сегодняшнем дне Америки, и в первую очередь о том, что происходит в Бостоне и Массачусетсе.

Обращайтесь к нам также за консультацией или организационной помощью, если собираетесь в США — по делам, учёбе, бизнесу или просто в путешествие.