Команда, которая секвенировала и аннотировала геном обыкновенного калифорнийского двухточечного осьминога (Octopus bimaculoides), возглавлялась учеными из Калифорнийского университета в Беркли, Окинавского института науки и технологий и Университета Чикаго. Исследователи опубликуют свои выводы в номере журнала Nature от 13 августа.Исследователи обнаружили поразительные различия между геномами осьминога и других беспозвоночных, включая широко распространенные перестройки генов и резкое расширение семейства генов, участвующих в развитии нейронов, которое когда-то считалось уникальным для позвоночных.«Нервная система осьминога устроена совершенно иначе, чем наша: центральный мозг окружает пищевод, что типично для беспозвоночных, но у него также есть группы нейронов в руках, которые могут работать относительно автономно, плюс огромные оптические доли, участвующие в видение ", — сказал Дэниел Рохсар, который руководил проектом вместе с Клифтоном Рэгсдейлом из Чикагского университета. «Секвенирование дало возможность взглянуть на геном и увидеть, что мы можем узнать об уникальном мозге и морфологии осьминога».
По его словам, понимание того, как распределенный мозг осьминога взаимодействует с его восемью руками, может, например, помочь инженерам разработать гибкие хватательные руки для роботов. В некоторых условиях, например под водой, они могут работать лучше, чем суставы рук и ног.Рохсар, профессор молекулярной и клеточной биологии и физики Калифорнийского университета в Беркли, также возглавляет отдел молекулярной генетики OIST в качестве приглашенного профессора.
Самое умное беспозвоночноеРохсар отметил, что с большим и высокоразвитым мозгом головоногие — самые умные беспозвоночные на Земле.«Мы уже обнаружили несколько типов генов, которые у осьминога значительно расширены по сравнению с другими позвоночными, и мы думаем, что они играют важную роль, позволяя достичь нового уровня сложности нейронов у беспозвоночных», — сказал он.К ним относятся семейство сигнальных молекул, называемых протокадеринами, которые регулируют развитие нейронов и короткодействующие взаимодействия между нейронами, и семейство факторов транскрипции, называемых цинковыми пальцами, которые в основном экспрессируются в эмбриональных и нервных тканях и, как считается, играют роль в развитии мозга. .«Геном осьминога делает изучение признаков головоногих моллюсков гораздо более податливым, и теперь он представляет собой важный пункт на древе жизни для сравнительных эволюционных исследований», — сказал Рэгсдейл, доцент кафедры нейробиологии, биологии и анатомии организмов Чикагского университета. «Это невероятный ресурс, который открывает новые вопросы, которые раньше нельзя было задать об этих замечательных животных».
Проект был инициирован лауреатом Нобелевской премии Сиднеем Бреннером, президентом-основателем и выдающимся профессором OIST.Первая разумная жизнь на землеГоловоногие моллюски, в число которых входят не только осьминоги, но и кальмары, каракатицы и наутилусы, появились в качестве хищников в древних океанах более 400 миллионов лет назад.
Среди наиболее успешных были аммониты, которые преобладали в океанах в девонский период и сегодня являются обычными ископаемыми. Они вымерли 66 миллионов лет назад в результате того же массового вымирания, что и динозавров.«Они были первыми разумными существами на планете, — сказал Бреннер.
В будущем OIST планирует секвенировать несколько видов кальмаров и окинавского осьминога, который, как надеется Рохсар, станет модельным организмом для изучения биологии головоногих моллюсков.«Причина, по которой следует широко рассматривать несколько различных типов головоногих моллюсков, заключается в том, чтобы увидеть, что среди них сохраняется», — сказал он. «То, что сходно у всех головоногих, вероятно, важно для головоногих моллюсков».Исследователи также использовали геном для отслеживания генов, участвующих в адаптивной окраске, что позволяет осьминогу изменять цвет и текстуру кожи, чтобы сливаться с окружающей средой и избегать хищников.«Мы обнаружили сотни новых генов, которые не имеют аналогов у других животных и могут быть вовлечены в этот уникальный процесс маскировки», — сказал Рохсар.
Геном также может помочь раскрыть генетическую основу для других инноваций осьминогов, таких как их сложные цепкие руки с присосками, которые используются для обнаружения химических веществ в воде, а также для осязания и схватывания; их способность регенерировать свои конечности; двигательная установка, которая позволяет им летать под водой; глаза, похожие на фотоаппарат, которые больше похожи на человеческие, чем на других беспозвоночных; и тот факт, что у них есть три сердца, чтобы кровь текла по жабрам.Среди других авторов — исследователь биоинформатики Калифорнийского университета в Беркли Тереза ??Митрос; бывший докторант Калифорнийского университета в Беркли Эрик Эдсингер-Гонсалес, ныне работающий в OIST; Олег Симаков из ОИСТ; и Кэролайн Альбертин, З. Ян Ван и Юдит Пунгор из Чикагского университета.
Эта работа была поддержана OIST, Национальным научным фондом и Национальными институтами здравоохранения.