Skakajoči geni, aka transpozoni, so morda večini od nas nepoznani, vendar so predstavljeni v dveh nedavnih študijah v zvezi z morskimi bitji, ki jih cenijo potapljači – hobotnice in morski zmaji – in bi lahko pojasnili nekatere skrivnosti, ki obdajajo ta bitja.
Transpozon je zaporedje DNK, ki se lahko giblje znotraj genoma, nabora navodil DNK v celici. Transpozoni se lahko premešajo ali podvojijo z uporabo molekularnih mehanizmov kopiraj in prilepi ali celo izreži in prilepi in lahko povzročijo hitre genetske spremembe, ko se vstavijo v sredino ali blizu gena, s čimer preprečijo, da bi gen normalno deloval.
Transpozoni sestavljajo 45 % genoma človeških možganov, zdaj pa so jih prvič našli v možganih nevretenčarja, tj. hobotnica – in to bi lahko pojasnilo njegovo dokazano visoko raven inteligence.
Študijo je izvedla mednarodna skupina 20 raziskovalcev, ki sta jo usklajevala Remo Sanges iz Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) v Trstu in Graziano Fiorito iz Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) v Neaplju.
"Izjemno zapleteni" možgani in kognitivne sposobnosti hobotnic so edinstveni med nevretenčarji, pravijo znanstveniki, in menijo, da so geni za skakanje ključ do te kompleksnosti, podobne vretenčarjem, potem ko so jih našli v možganih obeh navadnih hobotnica (Octopus vulgaris) in kalifornijski hobotnica (Octopus bimakuloidi).
Tako kot pri ljudeh so nekateri transpozoni neaktivni, ker so sčasoma nabrali mutacije, medtem ko so drugi, čeprav nedotaknjeni, blokirani s celičnimi obrambnimi mehanizmi – čeprav lahko celo drobci in zlomljene kopije transpozonov zagotovijo surovino za evolucijo, pravijo raziskovalci.
Najpomembnejši transpozoni, znani kot dolgo razpršeni jedrski elementi (LINE), ostajajo potencialno aktivni. Prej so mislili, da so samo ostanki daljne preteklosti, nedavne raziskave pa so pokazale, da je aktivnost LINE natančno regulirana v možganih, zlasti v območju hipokampusa, in bi lahko bila povezana s kognitivnimi sposobnostmi, kot sta učenje in spomin.
Genom hobotnice je bogat s transpozoni. Večina je neaktivnih, toda z uporabo najnovejših tehnik zaporedja, da bi se osredotočili na tiste, ki so še sposobni kopirati in lepiti, so raziskovalci identificirali element družine LINE v delih možganov hobotnice, ki so ključni za kognitivne sposobnosti.
»Dobesedno sem skočil na stol, ko sem pod mikroskopom zagledal zelo močan signal delovanja tega elementa v navpičnem režnju, strukturi možganov, ki je pri hobotnici sedež učnih in kognitivnih sposobnosti – tako kot hipokampusa pri ljudeh,« je povedala Giovanna Ponte iz SZAD.
"Odkritje elementa družine LINE, ki je aktiven v možganih dveh vrst hobotnic, je zelo pomembno, ker dodaja podporo ideji, da imajo ti elementi posebno funkcijo, ki presega kopiranje in lepljenje," je dejal Sanges. Študija je objavljena v BMC Biologija.
Seadragon izgleda
V primeru morskih zmajev, ki jih v divjini najdemo samo v Avstraliji, bi po mnenju znanstvenikov Univerze v Oregonu lahko transpozoni pojasnili ta značilen videz, ki ga tako cenijo podvodni fotografi.
S sekvenciranjem genomov plevelnih in listnatih sort morskega zmaja so znanstveniki ugotovili, da manjka ključna skupina genov, ki pri drugih vretenčarjih usmerjajo razvoj obraza, zob, priveskov in delov živčnega sistema.
"Morski zmaji so čudaki v skupini že tako čudaških rib," je opazil asistent raziskave profesor Clay Small, ki se je skliceval na njihove bližnje sorodnike v Syngnathidae družina, morski konjički in ribice.
"Veliko zanimanja je, kako voljne so stvari, kot sta glava in obraz, za razvoj," je povedala višja raziskovalna sodelavka Susie Bassham, ki je skupaj z Smallom vodila študijo. "In morski zmaji so lahko dobra študija primerov za takšno vprašanje zaradi izjemnih razlik, ki so se razvili dokaj hitro." Skupaj z morskimi konjički in cevkami so se odcepili pred približno 50 milijoni let, je dejala, "kar je relativno nedavno po evolucijskih standardih".
Z redkim dostopom do vzorcev tkiv prek Birch Aquariuma pri Scripps Research in Tennessee Aquariumu so raziskovalci analizirali genetska zaporedja morskih zmajev ter morskih konjičkov in cevarjev. V primerjavi s koščenimi ribami, kot so cebrice in paličnjaki, vse Syngnathidae manjkali geni, ki usmerjajo razvoj, vendar so morski zmaji za razliko od svojih sorodnikov vsebovali tudi večje količine transpozonov kot običajno.
S specializiranim rentgenskim mikroskopom so posneli 3D-podobo visoke ločljivosti 30 cm velikega morskega zmaja (Phyllopteryx taeniolatus). Skenirali so ga po delih, pri čemer so bile slike sešite skupaj, da so oblikovale popolno sliko, ki je razkrila najfinejše podrobnosti kosti morskega zmaja.
"Nihče še nikoli ni upodabljal nobenega dela morskega zmaja na tak način," je dejal Bassham. "Lahko smo videli, da so bile podporne strukture za listnate lopatice videti kot izdelave bodic, nato pa so bili na konce dodani mesnati dodatki." Rekla je, da je to okrepilo idejo, da se je nekaj, kar se je zdelo kot okrasni priveski, razvilo iz bodic.
Ekipa upa, da bo javna dostopnost sekvenc genoma morskih zmajev pomagala razumeti, kako so se čudna bitja razvila, pa tudi pri prizadevanjih za njihovo ohranitev. Njihova študija je objavljena v Zbornik Nacionalne akademije znanosti.
Tudi na Divernetu: Ste posneli Seadragona?, Skrb v Zmajevem brlogu, Ruby Seadragons debitirajo v živo
