Τα κεφαλόποδα όπως τα χταπόδια, τα καλαμάρια και οι σουπιές είναι πολύ έξυπνα ζώα με πολύπλοκα νευρικά συστήματα. Στο “Science Advances”, μια ομάδα με επικεφαλής τον Nikolaus Rajewsky του Κέντρου Max Delbrück έχει πλέον δείξει ότι η εξέλιξή τους συνδέεται με μια δραματική επέκταση του ρεπερτορίου τους με microRNA. Αν πάμε αρκετά πίσω στην εξελικτική ιστορία, θα συναντήσουμε τον τελευταίο γνωστό κοινό πρόγονο των ανθρώπων και των κεφαλόποδων: ένα πρωτόγονο σκουλήκι με ελάχιστη νοημοσύνη και απλές κηλίδες. Αργότερα, το ζωικό βασίλειο μπορεί να χωριστεί σε δύο ομάδες οργανισμών – σε αυτούς με ραχοκοκαλιά και σε αυτούς χωρίς.
Ενώ τα σπονδυλωτά, ιδιαίτερα τα πρωτεύοντα και άλλα θηλαστικά, συνέχισαν να αναπτύσσουν μεγάλους και πολύπλοκους εγκεφάλους με ποικίλες γνωστικές ικανότητες, τα ασπόνδυλα δεν το έκαναν. Με μια εξαίρεση: τα κεφαλόποδα. Οι επιστήμονες έχουν από καιρό αναρωτηθεί γιατί ένα τόσο πολύπλοκο νευρικό σύστημα ήταν σε θέση να αναπτυχθεί μόνο σε αυτά τα μαλάκια. Τώρα, μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Max Delbrück Center και το Dartmouth College έχει παρουσιάσει έναν πιθανό λόγο.
Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο “Science Advances”, εξηγούν ότι τα χταπόδια διαθέτουν ένα μαζικά διευρυμένο ρεπερτόριο microRNAs (miRNAs) στον νευρικό τους ιστό – αντανακλώντας παρόμοιες εξελίξεις που συνέβησαν στα σπονδυλωτά. “Λοιπόν, αυτό είναι που μας συνδέει με το χταπόδι!” λέει ο καθηγητής Nikolaus Rajewsky, Επιστημονικός Διευθυντής του Ινστιτούτου Βιολογίας Ιατρικών Συστημάτων του Βερολίνου του Κέντρου Max Delbrück (MDC-BIMSB), επικεφαλής του εργαστηρίου Systems Biology of Gene Regulatory Elements Lab και ο τελευταίος συγγραφέας της εργασίας. Εξηγεί ότι αυτό το εύρημα πιθανώς σημαίνει ότι τα miRNA παίζουν θεμελιώδη ρόλο στην ανάπτυξη πολύπλοκων εγκεφάλων.
Το 2019, ο Rajewsky διάβασε μια δημοσίευση σχετικά με τις γενετικές αναλύσεις που έγιναν σε χταπόδια. Οι επιστήμονες είχαν ανακαλύψει ότι σε αυτά τα κεφαλόποδα λαμβάνει χώρα πολλή επεξεργασία RNA – που σημαίνει ότι κάνουν εκτεταμένη χρήση ορισμένων ενζύμων που μπορούν να επανακωδικοποιήσουν το RNA τους. «Αυτό με έκανε να σκεφτώ ότι τα χταπόδια μπορεί όχι μόνο να είναι καλά στην επεξεργασία, αλλά θα μπορούσαν να έχουν και άλλα κόλπα RNA στο μανίκι τους», θυμάται ο Rajewsky. Και έτσι ξεκίνησε μια συνεργασία με τον θαλάσσιο ερευνητικό σταθμό Stazione Zoologica Anton Dohrn στη Νάπολη, που του έστειλε δείγματα 18 διαφορετικών τύπων ιστών από νεκρά χταπόδια.
Τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης ήταν εκπληκτικά: «Υπήρχε πράγματι πολλή επεξεργασία RNA σε εξέλιξη, αλλά όχι σε περιοχές που πιστεύουμε ότι παρουσιάζουν ενδιαφέρον», λέει ο Rajewsky. Η πιο ενδιαφέρουσα ανακάλυψη ήταν στην πραγματικότητα η δραματική επέκταση μιας γνωστής ομάδας γονιδίων RNA, των microRNAs. Συνολικά βρέθηκαν 42 νέες οικογένειες miRNA – ειδικά στον νευρικό ιστό και κυρίως στον εγκέφαλο. Δεδομένου ότι αυτά τα γονίδια διατηρήθηκαν κατά την εξέλιξη των κεφαλόποδων, η ομάδα συμπεραίνει ότι ήταν σαφώς ωφέλιμα για τα ζώα και ως εκ τούτου είναι λειτουργικά σημαντικά.
Ο Rajewsky ερευνά τα miRNAs για περισσότερα από 20 χρόνια. Αντί να μεταφράζονται σε αγγελιοφόρο RNA, τα οποία παρέχουν τις οδηγίες για την παραγωγή πρωτεΐνης στο κύτταρο, αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν μικρά κομμάτια RNA που συνδέονται με το αγγελιαφόρο RNA και έτσι επηρεάζουν την παραγωγή πρωτεΐνης. Αυτές οι θέσεις δέσμευσης διατηρήθηκαν επίσης σε όλη την εξέλιξη των κεφαλόποδων – μια άλλη ένδειξη ότι αυτά τα νέα miRNA είναι λειτουργικής σημασίας.
Νέες οικογένειες microRNA
«Αυτή είναι η τρίτη μεγαλύτερη επέκταση των οικογενειών microRNA στον κόσμο των ζώων και η μεγαλύτερη εκτός των σπονδυλωτών», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Grygoriy Zolotarov, MD, ένας Ουκρανός επιστήμονας που τελείωσε την ιατρική σχολή στην Πράγα στο εργαστήριο του Rajewsky στο MDC-BIMSB. , και αργότερα. «Για να σας δώσω μια ιδέα της κλίμακας, τα στρείδια, τα οποία είναι επίσης μαλάκια, έχουν αποκτήσει μόλις πέντε νέες οικογένειες microRNA από τους τελευταίους προγόνους που μοιράστηκαν με χταπόδια – ενώ τα χταπόδια έχουν αποκτήσει 90!» Τα στρείδια, προσθέτει ο Zolotarov, δεν είναι ακριβώς γνωστά για την ευφυΐα τους.
Η γοητεία του Rajewsky με τα χταπόδια ξεκίνησε πριν από χρόνια, κατά τη διάρκεια μιας βραδινής επίσκεψης στο Monterey Bay Aquarium στην Καλιφόρνια. «Είδα αυτό το πλάσμα να κάθεται στον πάτο της δεξαμενής και περάσαμε αρκετά λεπτά – έτσι σκέφτηκα – κοιτάζοντας ο ένας τον άλλον». Λέει ότι το να κοιτάς ένα χταπόδι είναι πολύ διαφορετικό από το να κοιτάς ένα ψάρι: «Δεν είναι πολύ επιστημονικό, αλλά τα μάτια τους αποπνέουν μια αίσθηση ευφυΐας». Τα χταπόδια έχουν παρόμοια περίπλοκα μάτια «κάμερας» με τους ανθρώπους.
Από εξελικτική άποψη, τα χταπόδια είναι μοναδικά μεταξύ των ασπόνδυλων. Έχουν τόσο κεντρικό εγκέφαλο όσο και περιφερικό νευρικό σύστημα – ένα που είναι ικανό να δρα ανεξάρτητα. Εάν ένα χταπόδι χάσει ένα πλοκάμι, το πλοκάμι παραμένει ευαίσθητο στην αφή και μπορεί ακόμα να κινηθεί. Ο λόγος για τον οποίο τα χταπόδια είναι μόνα τους που έχουν αναπτύξει τέτοιες πολύπλοκες εγκεφαλικές λειτουργίες θα μπορούσε να βρίσκεται στο γεγονός ότι χρησιμοποιούν τα χέρια τους πολύ σκόπιμα – ως εργαλεία για να ανοίξουν τα κοχύλια, για παράδειγμα. Τα χταπόδια δείχνουν και άλλα σημάδια ευφυΐας: Είναι πολύ περίεργα και μπορούν να θυμούνται πράγματα.