Ośmiornica jest wyjątkowym organizmem o niezwykle złożonym mózgu i zdolnościach poznawczych, które są unikalne wśród bezkręgowców. Do tego stopnia, że pod pewnymi względami ma więcej wspólnego z kręgowcami niż z bezkręgowcami. Złożoność neuronalna i poznawcza tych zwierząt może wynikać z molekularnej analogii do ludzkiego mózgu, co odkryto w pracy badawczej opublikowanej niedawno w BMC Biology i koordynowanej przez Remo Sanges z SISSA w Trieście oraz Graziano Fiorito ze Stazione Zoologica Anton Dohrn w Neapolu. Badania wykazały, że te same „skaczące geny” są aktywne zarówno w ludzkim mózgu, jak i w mózgu dwóch gatunków: ośmiornicy zwyczajnej Octopus vulgaris i ośmiornicy kalifornijskiej Octopus bimaculoides. Odkrycie, które może pomóc nam zrozumieć tajemnicę inteligencji tych fascynujących organizmów.

Już w 2001 r. sekwencjonowanie ludzkiego genomu ujawniło, że ponad 45% jego zawartości stanowią sekwencje zwane transpozonami, czyli tak zwane „skaczące geny”, które dzięki molekularnym mechanizmom kopiuj-wklej lub wytnij-wklej mogą „przemieszczać się” z jednego punktu do drugiego genomu osobnika, tasując się lub powielając. W większości przypadków te ruchome elementy pozostają nieme: nie wywołują widocznych skutków i utraciły zdolność do przemieszczania się. Niektóre z nich są nieaktywne, ponieważ z biegiem pokoleń nagromadziły mutacje; inne są nienaruszone, ale zablokowane przez mechanizmy obronne komórki. Z ewolucyjnego punktu widzenia nawet te fragmenty i uszkodzone kopie transpozonów mogą być użyteczne jako „surowa materia”, którą ewolucja może rzeźbić.

Wśród tych ruchomych elementów największe znaczenie mają te należące do tak zwanej rodziny LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), występujące w stu kopiach w ludzkim genomie i wciąż potencjalnie aktywne. Tradycyjnie sądzono, że aktywność LINE jest tylko śladem przeszłości, pozostałością po procesach ewolucyjnych, w które zaangażowane były te elementy ruchome, ale w ostatnich latach pojawiły się nowe dowody wskazujące, że ich aktywność jest precyzyjnie regulowana w mózgu. Wielu naukowców uważa, że transpozony LINE są związane ze zdolnościami poznawczymi, takimi jak uczenie się i pamięć: są one szczególnie aktywne w hipokampie, najważniejszej strukturze naszego mózgu dla neuronalnej kontroli procesów uczenia się.

Genom ośmiornicy, podobnie jak nasz, jest bogaty w „skaczące geny”, z których większość jest nieaktywna. Skupiając się na transpozonach nadal zdolnych do kopiowania i wklejania, badacze zidentyfikowali element z rodziny LINE w częściach mózgu kluczowych dla zdolności poznawczych tych zwierząt. Odkrycie, będące wynikiem współpracy Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Stazione Zoologica Anton Dohrn i Istituto Italiano di Tecnologia, było możliwe dzięki technikom sekwencjonowania nowej generacji, które wykorzystano do analizy składu molekularnego genów aktywnych w układzie nerwowym ośmiornicy.

„Odkrycie elementu z rodziny LINE, aktywnego w mózgu dwóch gatunków ośmiornic, jest bardzo istotne, ponieważ potwierdza tezę, że elementy te pełnią specyficzną funkcję, wykraczającą poza kopiuj-wklej” – wyjaśnia Remo Sanges, dyrektor laboratorium genomiki obliczeniowej w SISSA, który rozpoczął pracę nad tym projektem jeszcze jako pracownik naukowy Stazione Zoologica Anton Dohrn w Neapolu. Badanie, opublikowane w BMC Biology, zostało przeprowadzone przez międzynarodowy zespół składający się z ponad dwudziestu naukowców z całego świata.

„Dosłownie podskoczyłam na krześle, kiedy pod mikroskopem zobaczyłam bardzo silny sygnał aktywności tego pierwiastka w płacie pionowym, strukturze mózgu, która u ośmiornicy jest siedzibą uczenia się i zdolności poznawczych, podobnie jakhipokamp u ludzi” – opowiada Giovanna Ponte ze Stazione Zoologica Anton Dohrn.

Według Giuseppe Petrosino ze Stazione Zoologica Anton Dohrn i Stefano Gustincich z Istituto Italiano di Tecnologia „To podobieństwo między człowiekiem a ośmiornicą, które wskazuje na aktywność elementu LINE w miejscu zdolności poznawczych, można wyjaśnić jako fascynujący przykład ewolucji konwergentnej, czyli zjawiska, w którym u dwóch genetycznie odległych gatunków ten sam proces molekularny rozwija się niezależnie, w odpowiedzi na podobne potrzeby.”

„Mózg ośmiornicy jest funkcjonalnie analogiczny w wielu swoich cechach do mózgu ssaków” – mówi Graziano Fiorito, dyrektor Wydziału Biologii i Ewolucji Organizmów Morskich Stazione Zoologica Anton Dohrn. „Również z tego powodu zidentyfikowany element LINE stanowi bardzo interesującego kandydata do badań, które pozwolą nam poszerzyć wiedzę na temat ewolucji inteligencji”.

Źródło: Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati