Lēcošie gēni, aka transposoni, iespējams, lielākajai daļai no mums nav pazīstami, taču tie ir iekļauti divos nesenos pētījumos par jūras radībām, kuras nirēji augstu vērtē akvalangistu — astoņkājiem un sēdragoniem, un varētu izskaidrot dažus noslēpumus, kas ap šiem radījumiem.
Transposons ir DNS secība, kurai ir iespēja pārvietoties genomā, kas ir šūnā atrodamo DNS instrukciju kopums. Transposoni var sevi sajaukt vai dublēt, izmantojot molekulāros kopēšanas un ielīmēšanas vai pat izgriešanas un ielīmēšanas mehānismus, un var izraisīt straujas ģenētiskas izmaiņas, ievietojot sevi gēna vidū vai tā tuvumā, neļaujot šim gēnam normāli darboties.
Transposoni veido 45% no cilvēka smadzeņu genoma, bet tagad tie pirmo reizi ir atrasti bezmugurkaulnieka smadzenēs, astoņkājis – un tas varētu tikai izskaidrot tās pierādīto augsto intelekta līmeni.
Pētījumu veica starptautiska 20 pētnieku komanda, ko koordinēja Remo Sanges no Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) Triestē un Graziano Fiorito no Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) Neapolē.
Zinātnieki saka, ka astoņkāju smadzenes un kognitīvās spējas ir unikālas starp bezmugurkaulniekiem, un viņi uzskata, ka lēciena gēni ir šīs mugurkaulniekiem līdzīgās sarežģītības atslēga pēc tam, kad tie ir atrasti abu parasto cilvēku smadzenēs. astoņkājis (Astoņkājis vulgaris) un Kalifornijas astoņkājis (Astoņkājis bimaculoides).
Tāpat kā cilvēkiem, daži transpozoni ir neaktīvi, jo laika gaitā tajos ir uzkrājušās mutācijas, savukārt citus, kaut arī neskartus, bloķē šūnu aizsardzības mehānismi, lai gan pat transpozonu fragmenti un salauztas kopijas var nodrošināt izejvielu evolūcijai, saka pētnieki.
Atbilstošākie transpozoni, kas pazīstami kā Long Interspersed Nuclear Elements (LINE), joprojām ir potenciāli aktīvi. Iepriekš tika uzskatīts, ka tās ir tikai tālās pagātnes paliekas, un jaunākie pētījumi atklāja, ka LINE aktivitāte smadzenēs ir precīzi regulēta, īpaši hipokampa zonā, un to var saistīt ar kognitīvām spējām, piemēram, mācīšanos un atmiņu.
Astoņkāju genoms ir bagāts ar transpozoniem. Lielākā daļa no tiem ir neaktīvi, taču, izmantojot jaunākās sekvencēšanas metodes, lai koncentrētos uz tiem, kas joprojām spēj kopēt un ielīmēt, pētnieki atklāja LINE ģimenes elementu astoņkāju smadzeņu daļās, kas ir būtiskas kognitīvajām spējām.
“Es burtiski uzlēcu uz krēsla, kad zem mikroskopa ieraudzīju ļoti spēcīgu šī elementa aktivitātes signālu vertikālajā daivā, smadzeņu struktūrā, kas astoņkājiem ir mācīšanās un kognitīvo spēju vieta – tāpat kā hipokampā cilvēkiem,” sacīja Džovanna Ponte no SZAD.
"Abu astoņkāju sugu smadzenēs aktīva LINE ģimenes elementa atklāšana ir ļoti nozīmīga, jo tā papildina ideju, ka šiem elementiem ir īpaša funkcija, kas pārsniedz kopēšanu un ielīmēšanu," sacīja Sanges. Pētījums ir publicēts BMC bioloģija.
Jūras pūķis izskatās
Saskaņā ar Oregonas Universitātes zinātniekiem, attiecībā uz sēdragoniem, kas savvaļā sastopami tikai Austrālijā, transpozoni varētu izskaidrot šo īpatnējo izskatu, ko tik ļoti novērtē zemūdens fotogrāfi.
Sekvenējot gan nezāļu, gan lapu sedragona šķirņu genomus, zinātnieki atklāja, ka trūkst galvenās gēnu grupas, kas citos mugurkaulniekiem virza sejas, zobu, piedēkļu un nervu sistēmas daļu attīstību.
"Jūras pūķi ir dīvainas bumbiņas jau tā dīvainu zivju grupā," novēroja pētnieku asistents prof. Klejs Mazs, atsaucoties uz saviem tuviem radiniekiem. Syngnathidae ģimene, jūras zirgi un pīpes.
"Ir liela interese par to, cik kaļamas evolūcijai ir tādas lietas kā galva un seja," sacīja vecākā zinātniskā līdzstrādniece Sūzija Basama, kura kopā ar Smallu vadīja pētījumu. "Un sedragoni var būt labs gadījumu izpēti šāda veida jautājumiem, jo tie ir attīstījušies diezgan ātri." Viņa sacīja, ka kopā ar jūras zirgiem un pīpēdzivīm tie sazarojās pirms aptuveni 50 miljoniem gadu, "kas pēc evolūcijas standartiem ir salīdzinoši nesen".
Iegūstot retu piekļuvi audu paraugiem, izmantojot Bērzu akvāriju Scripps Research un Tennessee akvārijā, pētnieki analizēja seadragonu ģenētiskās sekvences, kā arī jūras zirgu un ūdenszivju ģenētiskās sekvences. Salīdzinājumā ar kaulainām zivīm, piemēram, zebrazivs un spieķi, visas Syngnathidae tiem trūka gēnu, kas virza attīstību, bet atšķirībā no viņu radiniekiem, seadragoniem bija arī lielāks transpozonu daudzums nekā parasti.
Specializēts rentgena mikroskops tika izmantots, lai uzņemtu augstas izšķirtspējas 3D attēlu no 30 cm nezāļaina sēdragona (Phyllopteryx taeniolatus). Tas tika skenēts pa daļām, un attēli tika sašūti kopā, lai izveidotu pilnīgu attēlu, kas atklāja vissmalkākās jūras kauliņu detaļas.
"Neviens nekad agrāk nebija attēlojis nevienu sēdragona daļu šādā veidā," sacīja Bassham. "Varējām redzēt, ka lapu lāpstiņu atbalsta struktūras bija muguriņas, un tad galos tika pievienoti gaļīgie piedēkļi." Viņa sacīja, ka tas pastiprināja domu, ka šķietami dekoratīvi piedēkļi attīstījās no muguriņiem.
Komanda cer, ka seadragonu genoma secību publiskošana palīdzēs izprast dīvaino radījumu attīstību, kā arī centienus tos saglabāt. Viņu pētījums ir publicēts Proceedings of the National Academies of Sciences.
Arī pakalpojumā Divernet: Vai esat uztaisījis jūras pūķi?, Rūpes Pūķa midzenī, Ruby Seadragons debitē tiešraidē
