Jak twierdzą, istotną rolę w ewolucji ich złożonych układów nerwowych mogła odegrać reorganizacja DNA, która zmieniła sposób, w jaki poszczególne geny oddziałują na siebie. Wyniki badań ukazały się w Nature Communications i sugerują, że zmiany te miały miejsce setki milionów lat temu. Co więcej, autorzy publikacji są zdania, że o ewolucyjnej złożoności organizmów decyduje nie tylko to, jakie geny posiadają, lecz również sposób ich przestrzennego ułożenia wewnątrz komórek.
Czytaj też:Bakterie z Sahary dotarły do Amazonii. Ich podróż wyglądała zupełnie inaczej, niż myśleliście
DNA najczęściej przedstawiamy jako podwójną helisę zawierającą instrukcje niezbędne do funkcjonowania organizmu. W rzeczywistości jego struktura jest znacznie bardziej skomplikowana. Wewnątrz komórki materiał genetyczny jest ciasno upakowany i zwinięty w trójwymiarową strukturę, dzięki czemu fragmenty znajdujące się daleko od siebie w sekwencji DNA mogą fizycznie się ze sobą kontaktować.
Ma to ogromne znaczenie dla funkcjonowania genów. Takie połączenia wpływają na to, które geny się aktywują, kiedy to nastąpi i jak intensywnie będą działać. Thea Rogers z Uniwersytetu Wiedeńskiego i jej współpracownicy postanowili sprawdzić, jak przestrzenna organizacja materiału genetycznego zmieniała się w toku ewolucji głowonogów. Badacze przeanalizowali genomy ośmiornic, kałamarnic oraz mątw, porównując strukturę DNA z aktywnością poszczególnych genów.
Analizy ujawniły, iż przodkowie współczesnych głowonogów z grupy Coleoidea przeszli poważne przekształcenia materiału genetycznego. Setki milionów lat temu duże fragmenty ich chromosomów przemieściły się i połączyły w nowej konfiguracji. W rezultacie obszary DNA, które wcześniej znajdowały się daleko od siebie, zyskały możliwość wzajemnego oddziaływania. Zmieniło to sposób regulowania aktywności genów i stworzyło nowe możliwości rozwoju biologicznego.
Naukowcy określają ten mechanizm mianem splątania regulacyjnego. Chodzi o powstawanie coraz bardziej rozbudowanych sieci zależności pomiędzy fragmentami materiału genetycznego. Z czasem takie połączenia mogą stać się integralną częścią sposobu funkcjonowania genomu. Co więcej, w toku badań okazało się to, że poszczególne elementy przestrzennej struktury DNA zachowują się zupełnie inaczej. Większe jednostki organizacyjne, nazywane domenami chromatyny, pozostawały stosunkowo stabilne w toku ewolucji. Pełnią one funkcję swoistych przedziałów porządkujących materiał genetyczny.
Czytaj też:Uprawy sięgające nieba. Dlaczego wieżowce mogą stać się przyszłością rolnictwa?
Inaczej wygląda sytuacja w przypadku mniejszych struktur, tzw. pętli chromatynowych. Łączą one odległe fragmenty DNA i umożliwiają im wzajemne oddziaływanie. Badacze zauważyli, że ich rozmieszczenie różni się pomiędzy gatunkami, tkankami, a nawet poszczególnymi etapami rozwoju organizmu. Co istotne, wiele takich połączeń znajdowało się w pobliżu genów związanych z rozwojem i funkcjonowaniem układu nerwowego. Może to oznaczać, iż zmiany w przestrzennej organizacji DNA odegrały rolę w powstawaniu wyjątkowo złożonych mózgów głowonogów.
Nieprzypadkowo ośmiornice dysponują niezwykle rozwiniętym układem nerwowym, który różni się od tego występującego u kręgowców. Znaczna część neuronów znajduje się w ich ramionach, dzięki czemu poszczególne kończyny mogą przetwarzać informacje i wykonywać skomplikowane czynności w dużym stopniu niezależnie od centralnego mózgu. Nowe badania dostarczają potencjalnego wyjaśnienia, w jaki sposób mogła rozwinąć się tak nietypowa organizacja układu nerwowego.
Źródło:Nature Communications