Inteligentna ośmiornica i jej tajemniczy mózg

Odkręca słoiczek, o ile umieścimy tam przysmak? To na pewno trzylatek lub... ośmiornica. Trzeba mieć „łeb jak sklep” lub dokładniej – wyjątkowy mózg. Ośmiornice są dla biologów modelem pozwalającym na badanie działania złożonego ośrodkowego układu nerwowego i zachowań. Dziś uczeni z Włoch pokazują, że te podobieństwa są zaskakujące także na poziomie molekularnym funkcjonowania komórek mózgu.

U ośmiornicy co ramię, to osobny centralny zwój nerwowy. I one koordynują ruch ramion bez zapytywania mózgu, tego w głowie głowonoga, co począć. Nasze nogi czegoś takiego nie mają ani nie potrafią. Mózg jej wygląda inaczej niż nasz nawet w ogólnym zarysie. A jednak stworzenie słoiczek odkręca i nie tylko to. Ośmiornice reprezentują tak niezwykły poziom rozwoju, nazwijmy to, intelektualnego, choć pewnie bardziej prawidłowo będzie powiedzieć: kognitywnego, że łatwo jest niemal uwierzyć, iż są wprost z kosmosu.

Szukanie podobieństw między funkcjonowaniem ośrodkowego układu nerwowego ośmiornic i ludzi ma i ten aspekt, że jest jasnym, iż te mózgi nie mają ze sobą wiele ewolucyjnie wspólnego. Innymi słowy ostatni wspólny przodek człowieka i ośmiornicy żył jakieś 560 mln lat temu. One reprezentują pierwouste bezkręgowce, a my – wtórouste kręgowce. Dzieli nas przepaść. Pozwala to jednak na odkrywanie przedziwnego ewolucyjnego zjawiska, zwanego konwergencją.

Opisałam je już na tych łamach, gdy opowiadałam o tym, jak powstaje soczewka oka głowonogów. Trzy lata temu okazało się bowiem, że by owa soczewka oka ośmiornicy czy kalmara powstała, aktywne muszą być geny, dzięki którym powstają nasze nogi czy skrzydła owadów. Co raz jeszcze pokazuje, że ramiona głowonogów z kończynami mają niewiele wspólnego pod każdym względem poza funkcją.

Oko głowonoga i ssaka jest znanym nam ze szkoły przykładem konwergencji. Czyli powstawania w toku ewolucji kilkukrotnie niezależnie tej samej doskonałej i skutecznej realizacji zaspokajającej konkretna potrzebę organizmu (w tym wypadku, by widzieć jak najlepiej). Na ogół jest tak, że ewolucja rozwija jakiś konkretny pomysł w konkretnej linii stworzeń, czyli np. gdy kręgosłup zaistniał, to już w linii kręgowców trwa i ewolucja go rzeźbi. Spełnia u wszystkich kręgowców mniej więcej tę samą funkcję.

Bywa jednak i tak, że struktura i funkcja organów homologicznych, jak kręgosłupy, jest niepodobna. Często to dopiero badania embriologiczne i genetyczne wskazują, które organy zwierząt mają to samo pochodzenie, choć spełniają zupełnie inne role. Np. nasze kosteczki słuchowe, młoteczek, strzemiączko i kowadełko i konkretne kości otaczające szpary skrzelowe ryb (a w toku ewolucji budujące czaszkę gadów). Wyglądają zgoła inaczej i służą innym funkcjom, ale są homologiczne – mają wspólne pochodzenie. Podobnie – homologiczne jest skrzydło ptaka i ręka człowieka. Jeśli jednak brak wspólnego ewolucyjnego pochodzenia, organy są analogiczne, choćby wyglądały „z wierzchu” bardzo podobnie.

Wracając do mózgu ośmiornicy i jego przedziwnych osiągnięć, złożoność poznawcza tych zwierząt może pochodzić z molekularnej analogii z ludzkim mózgiem – tak założyli uczeni pod kierunkiem Remo Sangesa z instytutu SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) w Trieście i Graziano Fiorito ze Stazione Zoologica w Neapolu. Wyniki prac w oparciu o tę hipotezę pojawiły się właśnie na łamach „BMC Biology”. Najciekawsze, że aby ustalić ową analogię między mózgiem ośmiornicy i człowieka, weszli oni dość głęboko molekularnie i genetycznie w to, jak działają neurony mózgu, a dokładnie ich genomy.

Zarówno głowonogi, jak przebadana we Włoszech ośmiornica zwyczajna (Octopus vulgaris) i ośmiornica kalifornijska (Octopus bimaculoides), jak i ssaki naczelne mają, jak się okazało, bardzo aktywne „życie” transpozonów w DNA zamkniętym w komórkach nerwowych. Transpozony to dość szczególne geny zapakowane w specjalne końcówki, pozwalające im wycinać się z miejsca, gdzie właśnie są, i włączać się gdzie indziej. Niektóre potrafią się wcześniej powielić, a zatem zamiast jednej kopii danego transpozonu w genomie, po kilku cyklach replikacji DNA pojawia się ich więcej, w różnych miejscach.

Liczne mają potwierdzone pochodzenie wirusowe, zwłaszcza retrowirusowe, czyli wpadają nam do genomu wraz z infekcjami wirusami podobnymi do HIV. Owe zwiemy retrotranspozonami. Mają one niezwykłą zdolność mutatorową (czyli wprowadzają mutacje do DNA), co w pewnym zakresie zwiększa plastyczność genomu. Wyobraźmy sobie taki skaczący po genomie element (a lepiej ich setki). Mogą one wbudować się wewnątrz jakiegoś genu, uszkadzając go, ale mogą również wskoczyć tam, gdzie sekwencja decyduje, czy jakiś gen jest silnie lub słabo aktywny. W ten sposób transpozony modyfikują, jak genom działa jako całość, ale też jak aktywne bywają poszczególne geny.

Ewolucja, która działa na genach – zmieniając je, czyli ich sekwencję, ułożenie w genomie i aktywność – „posługuje się” transpozonami jak akceleratorami. W badaniu opublikowanym właśnie w „BMC Biology” retrotranspozony należące do rodziny LINE (Long Interspersed Nuclear Elements) zostały odkryte w części mózgu ośmiornicy (płacie pionowym), która obsługuje zdolności poznawcze. Miejscu funkcjonalnie analogicznym do ludzkiego hipokampa, w którym też można je znaleźć. Niedawno ustalono, w jaki sposób transpozony LINE są ściśle regulowane w ludzkim mózgu i uważa się, że są one powiązane z uczeniem się i pamięcią – po części dlatego, że są najbardziej aktywne w hipokampie, gdzie kontrolowane są właśnie procesy kognitywne.

Dodatkowo odkryto w płacie pionowym ośmiornic powstawanie długich niekodujących niczego znanego cząsteczek RNA. Nie od dziś zaś, a od 2017 r. wiadomo, że również „życie RNA” mają głowonogi przebogate, gdyż posługują się na co dzień w skali niespotykanej nigdzie w świecie istot żywych edytowaniem RAN jako metodą regulacji działania genów.

Czy transpozony te i ich niezwykła ruchliwość w genomach neuronów mózgów ośmiornic i naczelnych są realnie istotne dla zdolności umysłowych pozostaje moim zdaniem kwestią dalszych badań. Bowiem korelacja jeszcze nie jest związkiem przyczynowo-skutkowym. Włoscy uczeni jednak są przekonani, że coś na rzeczy jest i jest tego czegoś bardzo dużo. Powołując się w swej argumentacji właśnie na konwergencję. Czyli jeśli w procesach ewolucyjnych coś zdarza się dwa razy niezależnie – u człowieka i ośmiornic – to nie może być bez znaczenia.

Taka konwergencja miałaby skutkować lepszą adaptacją – czyli lepszymi zdolnościami poznawczymi tak głowonogów, jak ssaków naczelnych. Czy da się powiedzieć, że transpozony LINE napędzają nam i ośmiornicą inteligencję? Trochę to za prosto brzmi, ale wykluczyć się nie da w świetle uzyskanych w Italii wyników. Z pewnością w genomach i skaczących po nich transpozonach oraz w neuronach i zbudowanych z nich mózgach kryje się wiele tajemnic. Czy mamy zatem w rękach molekularny klucz do niezwykłej inteligencji mózgów tak odległych od siebie ewolucyjnie stworzeń jak my i one?

#ośmiornica #mózg #zwierzęta #badania #naukowcy