Skákacie gény, aka transpozóny, môžu byť pre väčšinu z nás neznáme, ale objavujú sa v dvoch nedávnych štúdiách týkajúcich sa morských tvorov, ktoré si cenia potápači – chobotnice a morské draky – a mohli by vysvetliť niektoré záhady okolo týchto tvorov.
Transpozón je sekvencia DNA, ktorá má schopnosť pohybovať sa v rámci genómu, súboru inštrukcií DNA, ktoré sa nachádzajú v bunke. Transpozóny sa môžu zamiešať alebo duplikovať pomocou molekulárnych mechanizmov kopírovania a vkladania alebo dokonca vystrihovania a vkladania a môžu spôsobiť rýchle genetické zmeny, keď sa vložia do stredu génu alebo do jeho blízkosti, čím bránia tomu, aby gén normálne fungoval.
Transpozóny tvoria 45 % genómu ľudského mozgu, ale teraz boli prvýkrát nájdené v mozgu bezstavovcov, tzv. chobotnice – a to by mohlo vysvetliť jeho preukázanú vysokú úroveň inteligencie.
Štúdiu vykonal medzinárodný tím 20 výskumníkov, ktorý koordinovali Remo Sanges zo Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) v Terste a Graziano Fiorito zo Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) v Neapole.
„Extrémne komplexný“ mozog a kognitívne schopnosti chobotníc sú medzi bezstavovcami jedinečné, tvrdia vedci, a domnievajú sa, že gény skákania sú kľúčom k tejto komplexnosti podobnej stavovcom po tom, čo ich našli v mozgoch oboch bežných. chobotnice (Chobotnice vulgaris) a kalifornský chobotnice (Chobotnice bimaculoides).
Rovnako ako u ľudí sú niektoré transpozóny neaktívne, pretože sa v priebehu času nahromadili mutácie, zatiaľ čo iné, hoci neporušené, sú blokované mechanizmami bunkovej obrany – hoci aj fragmenty a rozbité kópie transpozónov môžu poskytnúť surovinu pre evolúciu, hovoria výskumníci.
Najrelevantnejšie transpozóny, známe ako Long Interspersed Nuclear Elements (LINE), zostávajú potenciálne aktívne. Nedávny výskum, ktorý sa predtým považoval za pozostatky dávnej minulosti, odhalil, že aktivita LINE je jemne regulovaná v mozgu, najmä v oblasti hipokampu, a mohla by byť spojená s kognitívnymi schopnosťami, ako je učenie a pamäť.
Genóm chobotnice je bohatý na transpozóny. Väčšina z nich je neaktívna, ale pomocou najnovších techník sekvenovania, aby sa zamerali na tých, ktorí sú stále schopní kopírovať a vkladať, výskumníci identifikovali prvok rodiny LINE v častiach mozgu chobotnice, ktorý je rozhodujúci pre kognitívne schopnosti.
„Doslova som vyskočil na stoličku, keď som pod mikroskopom uvidel veľmi silný signál aktivity tohto prvku vo vertikálnom laloku, štruktúre mozgu, ktorá je u chobotnice sídlom učenia a kognitívnych schopností – rovnako ako hippocampus u ľudí,“ povedala Giovanna Ponte zo SZAD.
„Objav prvku z rodiny LINE aktívneho v mozgu dvoch druhov chobotníc je veľmi významný, pretože podporuje myšlienku, že tieto prvky majú špecifickú funkciu, ktorá presahuje kopírovanie a vkladanie,“ povedal Sanges. Štúdia je publikovaná v Biológia BMC.
Seadragon vyzerá
V prípade morských drakov, ktoré sa vo voľnej prírode vyskytujú iba v Austrálii, by podľa vedcov z Oregonskej univerzity mohli transpozóny vysvetliť tento charakteristický vzhľad, ktorý podvodní fotografi tak cenia.
Sekvenovaním genómov burinových aj listnatých odrôd seadragonu vedci zistili, že chýba kľúčová skupina génov, ktoré u iných stavovcov riadia vývoj tváre, zubov, príveskov a častí nervového systému.
„Seadragons sú čudáci v skupine už čudných rýb,“ poznamenal výskumný asistent profesor Clay Small s odkazom na ich blízkych príbuzných v Syngnathidae rodina, morské koníky a fajky.
„Veľmi sa zaujíma o to, ako sú veci ako hlava a tvár poddajné evolúcii,“ povedala vedúca výskumná spolupracovníčka Susie Bassham, ktorá spolu so Smallom viedla štúdiu. "A seadragons môžu byť dobrými prípadovými štúdiami pre tento druh otázok, pretože sa vyvinuli pomerne rýchlo." Spolu s morskými koníkami a rybami sa rozvetvili asi pred 50 miliónmi rokov, povedala, „čo je podľa evolučných štandardov relatívne nedávno“.
Vedci, ktorí získali vzácny prístup k vzorkám tkaniva prostredníctvom Birch Aquarium v Scripps Research a Tennessee Aquarium, analyzovali genetické sekvencie morských drakov a morských koníkov a rýb. V porovnaní s kostnatými rybami, ako sú zebričky a lipne, všetky Syngnathidae chýbali gény, ktoré riadia vývoj, ale na rozdiel od ich príbuzných, seadragony tiež obsahovali vyššie než obvyklé množstvá transpozónov.
Špecializovaný röntgenový mikroskop sa použil na zachytenie 3D obrazu s vysokým rozlíšením 30 cm burinového dračiaka (Phyllopteryx taeniolatus). Bol naskenovaný po častiach, pričom obrázky boli spojené dohromady, aby vytvorili úplný obraz, ktorý odhalil tie najjemnejšie detaily kostí morského draka.
"Nikto predtým takto nevykreslil žiadnu časť morského draka," povedal Bassham. "Videli sme, že podporné štruktúry pre listové lopatky sa zdali byť vypracovaním tŕňov, a potom boli na konce pridané mäsité prívesky." Povedala, že to posilnilo myšlienku, že to, čo vyzeralo ako ozdobné prívesky, sa vyvinulo z tŕňov.
Tím dúfa, že sprístupnenie sekvencií genómu morských drakov verejnosti pomôže pochopiť, ako sa podivné stvorenia vyvinuli, ako aj úsilie o ich zachovanie. Ich štúdia je publikovaná v Zborník národných akadémií vied.
Aj na Divernete: Chytili ste Seadragona?, Starostlivosť v Dračom brlohu, Ruby Seadragons majú živý debut
