Осьминоги — невероятно смышлёные создания. Они умеют открывать банки, решать лабиринты и даже пользоваться инструментами. Один из видов, обыкновенный осьминог-плащеносец, использует ядовитые щупальца, вырванные у физалии, в качестве оружия.
Теперь исследователи обнаружили у некоторых осьминогов загадочную мутацию, которая может объяснять их сообразительность. Исследование, опубликованное 17 августа в журнале Current Biology, показывает, что восьминогие существа способны синтезировать белки с исключительной точностью благодаря вариации, никогда прежде не встречавшейся ни у одного другого животного. Прямых доказательств связи этой адаптации с расширенными когнитивными способностями осьминогов пока нет, однако мутация обнаружена только у той линии существ, чья нервная система увеличена и которая способна к сложному поведению.
Открытие сделали случайно. Около пяти лет назад соавтор исследования Ричард Хан, тогда аспирант Гарвардской медицинской школы, изучал молекулы рибосомной РНК (рРНК) в тканях калифорнийского двупятнистого осьминога. Эти молекулы формируют трёхмерный каркас для рибосом — белковых фабрик клетки.
У большинства известных животных многие последовательности рРНК остаются практически неизменными. Но Хан заметил у осьминога нечто необычное: неожиданный разрыв, который разбивал на две части фрагмент рРНК, обычно у других существ представляющий собой единое целое.
«Мы решили, что просто плохо выделили РНК» и допустили ошибку, — рассказал изданию Science соавтор исследования Николас Беллоно, молекулярный биолог из Гарварда.
Однако дальнейшие тесты подтвердили, что дело в чём-то другом. Внесение такого же разрыва в рибосомы бактерий Escherichia coli привело к тому, что модифицированные клетки начали синтезировать белки примерно вдвое точнее обычного.
Чтобы понять, когда возникла эта необычная особенность рРНК, команда сравнила две группы осьминогов, разошедшиеся более 100 миллионов лет назад: инцирратов — мелководных осьминогов с развитой нервной системой, поддерживающей сложное поведение, и циррат — глубоководных существ с более простой нервной системой, приспособленной к медленному плаванию и пассивному питанию.
Разрыв в рРНК присутствовал у всех пяти изученных видов инцирратов. А вот у образца циррата — конкретно у осьминога-думбо — этого разрыва не было. У кальмаров, чья эволюционная линия разошлась с осьминогами около 300 миллионов лет назад, разрыв тоже отсутствовал.
Любопытный факт: саморедактирование
Головоногие моллюски — группа животных, включающая осьминогов, кальмаров, каракатиц и наутилусов, — мастера редактирования собственной РНК: молекул, переносящих инструкции от ДНК для построения белков. Они делают это гораздо чаще других существ. В исследовании, опубликованном в 2023 году, учёные сообщили, что осьминоги активно редактируют РНК в мозге, чтобы переносить ледяную воду.
Полученные данные намекают, что адаптация рРНК может быть связана с эволюцией крупной нервной системы мелководных осьминогов. Их мозг, распределённый по всему телу, должен был быстро увеличиваться в размерах по мере того, как животным приходилось справляться с хищниками и растущей конкуренцией в этой среде. Как рассказал изданию Scientific American соавтор исследования Ришав Митра, нервные клетки, или нейроны, живут долго, а значит неправильное сворачивание белков особенно опасно для них. Предотвращая это, разрыв в рРНК «может помогать этим нейронам работать исправно», добавил он.
«Главная неожиданность в том, что рибосома, которая крайне консервативна на протяжении всей истории жизни, действительно может претерпевать эволюционные изменения, влияющие на функцию, и даже способствовать новым инновациям», — говорится в заявлении соавтора исследования Эми Ли, клеточного биолога из Гарварда.
Джошуа Розенталь, молекулярный биолог из Морской биологической лаборатории, не участвовавший в работе, назвал открытие «очень интересным», отметив при этом, что для доказательства того, действительно ли изменение рРНК стало движущей силой эволюции сложного мозга и поведения, требуется больше исследований. «Мы только приближаемся к началу изучения генетики этих организмов», — сказал он изданию Science.
Авторы исследования предполагают, что их находка может привести к появлению новых методов лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, при которых в мозге накапливаются неправильно свёрнутые белки. Ли рассказала Scientific American, что надеется на возможность разработки препаратов, копирующих мутацию осьминога для точного синтеза белков.
Если «использовать природу как ориентир, чтобы понять, как это происходит естественным образом, — сказала она, — то, вероятно, можно будет найти способы перенести это в клетки человека».