Octopus-Gehirn und menschliches Gehirn teilen die gleichen „springenden Gene“

Der Oktopus ist ein außergewöhnlicher Organismus mit einem äußerst komplexen Gehirn und kognitiven Fähigkeiten, die unter Wirbellosen einzigartig sind. So sehr, dass es in gewisser Weise mehr mit Wirbeltieren als mit wirbellosen Tieren gemeinsam hat. Die neuronale und kognitive Komplexität dieser Tiere könnte aus einer molekularen Analogie zum menschlichen Gehirn stammen, wie in einer kürzlich in veröffentlichten Forschungsarbeit entdeckt wurde BMC-Biologie und koordiniert von Remo Sanges von der SISSA in Triest und von Graziano Fiorito von der Stazione Zoologica Anton Dohrn in Neapel.

Die Forschung zeigt, dass die gleichen „springenden Gene“ sowohl im menschlichen Gehirn als auch im Gehirn von zwei Arten, Octopus vulgaris, dem gemeinen Oktopus, und Octopus bimaculoides, dem kalifornischen Oktopus, aktiv sind. Diese Entdeckung könnte uns helfen, das Geheimnis der Intelligenz dieser faszinierenden Organismen zu verstehen.

Die Sequenzierung des menschlichen Genoms hat bereits 2001 gezeigt, dass es zu über 45 % aus Sequenzen besteht, die Transposons genannt werden, sogenannte „springende Gene“, die sich durch molekulare Copy-and-Paste- oder Cut-and-Paste-Mechanismen „bewegen“ können. von einem Punkt zum anderen des Genoms einer Person, Mischen oder Duplizieren. In den meisten Fällen bleiben diese beweglichen Elemente stumm: Sie haben keine sichtbaren Auswirkungen und haben ihre Bewegungsfähigkeit verloren. Einige sind inaktiv, weil sie über Generationen hinweg Mutationen angesammelt haben; andere sind intakt, aber durch zelluläre Abwehrmechanismen blockiert. Aus evolutionärer Sicht können sogar diese Fragmente und zerbrochenen Kopien von Transposons noch nützlich sein, da sie als „Rohstoffe“ von der Evolution geformt werden können.

Unter diesen mobilen Elementen sind die relevantesten die der sogenannten LINE-Familie (Long Interspersed Nuclear Elements), die in hundertfacher Kopie im menschlichen Genom vorkommt und potenziell noch aktiv ist. Es wurde traditionell angenommen, dass die Aktivität von LINEs nur ein Überbleibsel der Vergangenheit war, ein Überbleibsel der Evolutionsprozesse, an denen diese mobilen Elemente beteiligt waren, aber in den letzten Jahren tauchten neue Beweise auf, die zeigen, dass ihre Aktivität im Gehirn fein reguliert wird. Viele Wissenschaftler glauben, dass LINE-Transposons mit kognitiven Fähigkeiten wie Lernen und Gedächtnis in Verbindung stehen: Sie sind besonders aktiv im Hippocampus, der wichtigsten Struktur unseres Gehirns für die neuronale Steuerung von Lernprozessen.

Das Genom des Oktopus ist wie unseres reich an „springenden Genen“, von denen die meisten inaktiv sind. Die Forscher konzentrierten sich auf die Transposons, die noch kopieren und einfügen können, und identifizierten ein Element der LINE-Familie in Teilen des Gehirns, das für die kognitiven Fähigkeiten dieser Tiere entscheidend ist. Die Entdeckung, das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen der Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, der Stazione Zoologica Anton Dohrn und dem Istituto Italiano di Tecnologia, wurde dank Sequenzierungstechniken der nächsten Generation ermöglicht, die zur Analyse der molekularen Zusammensetzung der aktiven Gene verwendet wurden Nervensystem des Oktopus.

„Die Entdeckung eines Elements der LINE-Familie, das im Gehirn der beiden Krakenarten aktiv ist, ist sehr bedeutsam, weil es die Idee unterstützt, dass diese Elemente eine spezifische Funktion haben, die über das Kopieren und Einfügen hinausgeht“, erklärt Remo Sanges, Direktor des Labors für Computational Genomics an der SISSA, der seine Arbeit an diesem Projekt begann, als er Forscher an der Stazione Zoologica Anton Dohrn in Neapel war. Die Studie, erschienen in BMC-Biologiewurde von einem internationalen Team mit mehr als zwanzig Forschern aus der ganzen Welt durchgeführt.

„Ich bin buchstäblich auf den Stuhl gesprungen, als ich unter dem Mikroskop ein sehr starkes Signal der Aktivität dieses Elements im vertikalen Lappen sah, der Struktur des Gehirns, das beim Oktopus der Sitz des Lernens und der kognitiven Fähigkeiten ist, genau wie das Hippocampus beim Menschen“, erzählt Giovanna Ponte von der Stazione Zoologica Anton Dohrn.

Laut Giuseppe Petrosino von Stazione Zoologica Anton Dohrn und Stefano Gustincich vom Istituto Italiano di Tecnologia: „Diese Ähnlichkeit zwischen Mensch und Krake, die die Aktivität eines LINE-Elements im Sitz kognitiver Fähigkeiten zeigt, könnte als faszinierendes Beispiel für konvergente Evolution erklärt werden. ein Phänomen, bei dem sich in zwei genetisch weit voneinander entfernten Arten derselbe molekulare Prozess unabhängig voneinander als Reaktion auf ähnliche Bedürfnisse entwickelt.

„Das Gehirn des Oktopus ist funktionell in vielen seiner Eigenschaften dem von Säugetieren analog“, sagt Graziano Fiorito, Direktor der Abteilung für Biologie und Evolution mariner Organismen der Stazione Zoologica Anton Dohrn. „Auch aus diesem Grund stellt das identifizierte LINE-Element einen sehr interessanten Kandidaten dar, um unser Wissen über die Evolution der Intelligenz zu verbessern.“