Curios și mai curios – Evoluția Caracatiței este chiar mai ciudată decât se gândește

Curios și mai curios - Evoluția Caracatiței este chiar mai ciudată decât se gândește

De parcă caracatițele, calmarii și alte cefalopode nu ar fi fost deja destul de ciudate, este posibil să fi găsit o modalitate de a evolua care este străină practic tuturor celorlalte organisme multicelulare de pe planetă.

Pentru majoritatea animalelor, schimbările care s-ar putea dovedi benefice pentru organism apar în primul rând la începutul procesului lor de producție moleculară. Mutațiile apar în ADN care sunt apoi transcrise în ARN; ARN-ul este apoi tradus într-o proteină alterată.

Nu este așa pentru cefalopode – cel puțin nu în totalitate. Un nou studiu publicat în Celulă raportează că aceste ciudățenii de acvariu pot modifica proteinele găsite în corpurile lor fără a fi nevoie să schimbe secvența de bază a modelului lor ADN. Ca rezultat, se pare că cefalopodele s-au schimbat foarte lent de-a lungul eonilor existenței lor. Descoperirile sugerează, de asemenea, că caracatițele și verii lor tentaculați pot fi mult mai vechi decât se credea anterior.

Noua lucrare raportează despre un proces numit „editarea ARN”, care implică enzimele care schimbă o bază ARN (sau „litera” pe bază de azot din alfabetul ARN/ADN) cu alta, probabil în interesul unui organism care se adaptează la mediul său. . Editarea ARN este rar folosită la majoritatea animalelor. Dintre cele aproximativ 20.000 de gene găsite la oameni, de exemplu, se crede că doar câteva zeci de site-uri își schimbă ARN-ul, astfel încât să nu se mai potrivească cu șablonul original de ADN.

Cu toate acestea, lucrările anterioare, parțial ale acelorași autori, au sugerat că procesul este folosit destul de frecvent de caracatițe și calmari pentru a răspunde la schimbările temperaturii apei oceanului. Noul studiu a analizat secvențele de ADN, secvențele de ARN și proteomi – adică toate proteinele codificate într-o anumită celulă sau țesut – ale mai multor specii de cefalopode pentru a determina cât de comună este editarea ARN-ului. Foarte, se dovedește.

Calamarii au, de asemenea, aproximativ 20.000 de gene, dintre care 11.000 codifică pentru ARN, care în unele cazuri este supus modificării. Un grad similar de editare a fost găsit la două specii de caracatiță și sepia comună. Niveluri mult mai scăzute de editare a ARN au fost observate la nautilus – un cefalopod mai primitiv – și într-un control non-cefalopod, o moluște numită iepure de mare. Editarea ARN a fost deosebit de ridicată în sistemul nervos cefalopod, inclusiv în genele care codifică canalele ionice care facilitează comunicarea electrică între neuroni.

În plus, o astfel de editare extinsă a ARN-ului pare să fi ajutat la minimizarea schimbărilor în ADN-ul cefalopodului de-a lungul eonilor în care au existat. Spre deosebire de majoritatea speciilor de animale, ale căror genomuri sunt pline de milioane de ani de mutații care le-au ajutat să se adapteze la o lume volatilă, adaptarea cefalopodelor pare să fi fost mai mult rezultatul editării ARN-ului.

Dependența puternică de editarea ARN-ului, indiferent de ce a evoluat prima dată, ar fi garantat practic necesitatea ca ADN-ul cefalopodului să rămână destul de stabil de-a lungul mileniilor. Proteinele utilizate pentru editarea ARN-ului ar trebui, la urma urmei, să recunoască diferite complexe de ARN, spune coautorul lucrării Joshua Rosenthal, neurobiolog de cefalopode la Laboratorul de biologie marine. Prin urmare, ADN-ul care codifică ARN-ul care generează acele proteine ​​ar trebui să rămână consecvent. Cu alte cuvinte, la un animal care se bazează pe editarea ARN-ului pentru supraviețuire, orice mutație care a interferat cu acest proces probabil nu ar fi suferit în generația următoare. „Dacă un calmar și o caracatiță doresc să editeze o bază, trebuie să păstreze structura de bază a ARN”, spune Rosenthal, „Aceasta înseamnă că structura ARN nu poate evolua. Dacă colectează mutații ca urmare a mutațiilor ADN, nu ar mai fi recunoscut de enzimele de editare. În mod normal ne gândim la mutații ca la moneda evoluției. Dar în acest caz acumularea lor este suprimată. ”

În 2015, neurobiologul Clifton Ragsdale de la Universitatea din Chicago și echipa sa au publicat primul genom de cefalopod, cel al unei caracatițe. Clifton a observat, de asemenea, un grad neobișnuit de ridicat de editare a ARN. „Am văzut același lucru”, își amintește el. „Dar această nouă lucrare oferă mult mai multe informații și ridică idei interesante – în loc să folosească doar evoluția obișnuită a genomului vechi, editarea ARN-ului ar fi putut fi o modalitate de a produce diversitate moleculară, în special în sistemele lor nervoase. Vă puteți imagina că este un motor alternativ pentru evoluția cefalopodelor.”

De ce editați ARN-ul?

Nimeni nu știe de ce cefalopodele sunt atât de pasionați de editarea ARN-ului. Poate că este o modalitate mai rapidă și mai ușoară de a se adapta la mediul lor decât așteptarea unei mutații aleatorii. Sau poate se potrivește mai bine cu durata lor de viață relativ scurtă.

Cefalopodele cresc repede și mor tineri. Majoritatea trăiesc doar câțiva ani și se reproduc o singură dată. Ragsdale consideră că editarea ARN-ului îi poate ajuta să navigheze în vieți adesea singuratice și trecătoare. „Acest lucru poate explica de ce sunt atât de buni în rezolvarea problemelor. Nimeni nu e prin preajmă care să le arate cum să-și dea seama de lume!” Ragsdale spune: „Cum să-și facă bârlogurile. Cum să se camufleze și să atace prada. Sunt singuri și, din fericire pentru ei, au creier mare și pot rezolva treburile.”

Rosenthal consideră că editarea ARN oferă cefalopodelor un alt mijloc de flexibilitate a mediului și planifică cercetări ulterioare pentru a-și testa teoria: „Poate activa și opri anumite ARN-uri. Vrem să vedem ce variabile de mediu influențează procesul de editare a ARN – lucruri precum variația temperaturii… poate ceva mai complex, cum ar fi experiențele.”

Tradiția în jurul cefalopodelor datează de milenii. Aristotel a scris despre diferite forme de „calamari”; culturile de pe litoral s-au temut de multă vreme de fiarele mitice, cu tentacule, precum krakenul nordic; Jules Verne, desigur, a înrădăcinat în noi imagini cu un calmar uriaș luptându-se cu submarinul steampunk al căpitanului Nemo. Și mai recent, calmarul și-a împrumutat efortul neuroștiinței. Multe din ceea ce știm despre modul în care neuronii comunică între ei a început cu experimente în anii 1940 și 50 pe neuronul extrem de lung care străbate corpul calmarului. Așa că poate că se cuvine ca noile descoperiri ale lui Rosenthal să sugereze că cefalopodele ar putea deține o onoare unică printre speciile pământești.

Împreună cu înregistrările fosile, speciile sunt de obicei datate prin analizarea numărului de mutații pe care le-au acumulat – la majoritatea speciilor, aceste blips genetice apar într-un ritm constant, creând un fel de „ceas molecular” care poate fi folosit pentru a calcula liniile de timp evolutive. Dacă editarea ARN-ului permite ca modificările ADN-ului cefalopodului să aibă loc într-un ritm semnificativ mai lent decât se presupune în mod normal, animalele au apărut cel mai probabil cu multe milioane de ani mai devreme decât sugerează liniile temporale actuale. Cu alte cuvinte, mutațiile ADN pe care le găzduiesc ar fi durat mult mai mult să apară.

„Acest lucru poate însemna că estimările noastre ale ceasului molecular cu privire la momentul în care au apărut și s-au diverge diferite linii de cefalopode ar putea fi prea recente”, spune Ragsdale. „Biologul Sydney Brenner, câștigător al Premiului Nobel, a spus odată că caracatițele au fost primele ființe inteligente de pe Pământ. Acest lucru ar putea dovedi că avea dreptate.”

.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.