Независимо от того, теплая вода или холодная, осьминоги изменяют РНК своего мозга, чтобы сохранять ясность ума: NPR

Калифорнийский двухточечный осьминог может значительно модифицировать РНК в своем мозгу, что, вероятно, позволяет ему сохранять ясную голову как в теплой, так и в холодной воде.

Том Кляйндинст/Морская биологическая лаборатория

Скрыть заголовок

Изменить заголовок

Том Кляйндинст/Морская биологическая лаборатория

Калифорнийский двухточечный осьминог может значительно модифицировать РНК в своем мозгу, что, вероятно, позволяет ему сохранять ясную голову как в теплой, так и в холодной воде.

Том Кляйндинст/Морская биологическая лаборатория

Осьминоги любопытны и умны. Они могут решать лабиринты и головоломки, использовать инструменты и являются мастерами маскировки. Эти сложные способности подкреплены их высокоразвитым и гигантским мозгом.

Теперь в журнале клеткаИсследователи сообщают, что осьминоги способны модифицировать генетическую информацию, чтобы быстро перестроить свой мозг, когда сталкиваются с изменениями в окружающей среде.

Эти открытия проливают новый свет на удивительную приспособляемость этих существ, меняющих форму, и могут помочь ученым разработать методы лечения проблемных мутаций в нашем организме.

Осьминоги — одни из самых умных беспозвоночных на планете, с хорошо развитым мозгом и сложной нервной системой. У других животных с этим большим мозгом обычно нужно обращаться осторожно.

Просто подумай о своем хрупком мозгу. Он покрыт черепом, наполнен кислородом и настроен на работу при относительно постоянной температуре тела. «Мы тратим массу энергии на поддержание постоянной температуры, — говорит он. Джош Розенталь, нейробиолог из Лаборатории морской биологии в Вудс-Хоул, штат Массачусетс. «И многое другое, чтобы наша нервная система могла функционировать более эффективно».

Слишком жарко (с высокой температурой) или слишком холодно (с переохлаждением), и наш мозг тускнеет и начинает отказывать — это несколько градусов от нормы. Таким образом, наши тела держат все при постоянной температуре.

У осьминогов нет такой роскоши. Их мозг требует такой же защиты, как и наш, но они находятся в мягких телах, которые плавают в воде, температура которой может колебаться около 20 градусов.

«Трудно поддерживать сложную нервную систему в условиях меняющихся температур», — говорит Розенталь. Это создает проблемы.

Быстрая генетическая модификация

Осьминоги преодолели эту проблему с помощью уникального трюка, спрятанного внутри их клеток. Это связано с молекулой под названием РНК, которая используется для перевода ДНК в белки, из которых состоят наши тела. Чтобы использовать аналогию, скажем, вы хотите испечь буханку хлеба и заходите в библиотеку, полную поваренных книг.

Говорит: «Это та же кулинарная книга, она уже распродана, и я не могу изменить книгу». Мэтью Берк, биолог из Университета Святого Франциска. «Но что я могу сделать, так это сделать копию, взять ее домой на кухню» и испечь там хлеб.

Здесь поваренные книги — это ДНК, которая жестко закодирована и неизменна, хлеб — это белок, который хочет вырабатывать ваше тело, а РНК — это копия рецепта, который объясняет, как это сделать. РНК имеет тенденцию меняться не так сильно. Это просто мессенджер.

Но что, если вам не хватает ингредиента, например масла?

«Если у вас есть такие рекомендации, вы немного ошеломлены», — говорит Розенталь. «Но если вы знаете, что масло будет работать хорошо — если вы можете настроить этот рецепт и добавить его, это даст вам гибкость».

В мозгу большинства животных — от рыб и птиц до пчел и людей — редактируется лишь небольшой процент РНК. Но в мозгу осьминогов и их родственников это происходит в больших масштабах, поражая более 60%.

Исследователи задались вопросом, может ли что-то в окружающей среде этих животных вызывать все эти изменения, например, температура. Берк решил провести эксперимент с помощью калифорнийского двухпятнистого осьминога, который при сканировании имеет размер футбольного мяча.

«Они очень похожи на типичных осьминогов, — говорит Берк, — хотя у них есть пара переливающихся синих пятен, которые отпугивают хищников». Он говорит, что они озорные и хорошо маскируются. Его прибрежная среда обитания в южной Калифорнии и северной Мексике колеблется между теплым летом и холодной зимой.

В лаборатории Берк поместил половину своих осьминогов в холодную воду, а другую половину — в теплую. Через несколько недель он собрал РНК из их мозга.

«Мы обнаружили, что было более 20 000 различных сайтов на разных белках, которые были модифицированы», — говорит Берк, с дополнительной настройкой для более холодных условий.

В ответ на изменение температуры осьминоги изменили форму своего мозга, по-видимому, для того, чтобы его мозг функционировал должным образом. То же самое было и в дикой природе, где Берк собирал особей летом и зимой, вымывая их из подводных логовищ настоем уксуса.

Осьминоги могут сделать эти корректировки менее чем за день. Сравните это с ДНК, для изменения которой требуются поколения. РНК обеспечивает более гибкую альтернативу.

Модификация РНК — модификация временных транскриптов рецептов — вызывает изменения в белках, которые они приказывают клетке производить. У осьминогов нет единственного любимого типа белка. Вместо этого в мозгу животных существует несколько версий нескольких белков, каждая из которых соответствует своему сценарию.

«Это исследование впервые показывает, что в одном и том же организме в разных условиях экспрессируются разные белки одного и того же гена». Эли Айзенберг, физик Тель-Авивского университета. «И у них другое функциональное поведение, которое предположительно соответствует температуре наружного воздуха».

Внутренняя жизнь осьминога

До сих пор неясно, как эти изменения могут повлиять на осьминога в его повседневной жизни.

«Было бы здорово увидеть в будущем виды поведения, на которые влияют эти различные типы изменений — их скорость реакции и их способность маскироваться», — говорит он. Робин Крукнейробиолог из Университета штата Сан-Франциско, не участвовавший в исследовании.

Поскольку осьминоги больше освобождаются при более низких температурах, Крук также отмечает, что эта стратегия может не помочь им перед лицом меняющегося климата и потепления океанов. Хотя эти осьминоги могут функционировать в диапазоне температур, она говорит, что это не может быть «жизнеспособным механизмом спасения от изменений окружающей среды в результате деятельности человека».

Хотя осьминоги живут иначе, чем мы, их уникальный мозг однажды может нам пригодиться.

«Мы пытаемся выяснить, как использовать эту способность в лечении, — объясняет Берк, — например, для уменьшения боли или исправления вредных мутаций, вызывающих заболевание».

Он говорит, что осьминоги могут многому нас научить.

«Это так круто и интересно не только снаружи, что мы все это видим», — говорит Берк. «Но и изнутри».