Hyppäävät geenit, alias transposonit saattavat olla tuntemattomia useimmille meistä, mutta ne esiintyvät kahdessa äskettäisessä tutkimuksessa, jotka liittyvät sukeltajien arvostamiin meren olentoihin – mustekalaan ja säädragoneihin – ja voivat selittää joitain näitä olentoja ympäröivistä mysteereistä.
Transposoni on DNA-sekvenssi, jolla on kyky liikkua genomissa, joka on solusta löytyvä DNA-ohjesarja. Transposonit voivat sekoittaa tai monistaa itsensä käyttämällä molekyylitason kopioi-ja liitä- tai jopa leikkaa ja liitä -mekanismeja, ja voivat aiheuttaa nopeita geneettisiä muutoksia, kun ne asettuvat geenin keskelle tai sen lähelle, mikä estää kyseistä geeniä toimimasta normaalisti.
Transposonit muodostavat 45 % ihmisen aivojen genomista, mutta nyt niitä on löydetty ensimmäistä kertaa selkärangattoman aivoista. mustekala – ja se saattaa vain selittää sen todistetusti korkean älykkyyden.
Tutkimuksen teki kansainvälinen 20 tutkijan ryhmä, jota koordinoivat Remo Sanges Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzatista (SISSA) Triestestä ja Graziano Fiorito Stazione Zoologica Anton Dohrnista (SZAD) Napolista.
Tutkijoiden mukaan mustekalan "erittäin monimutkaiset" aivot ja kognitiiviset kyvyt ovat ainutlaatuisia selkärangattomien keskuudessa, ja he uskovat, että hyppygeenit ovat avain tähän selkärankaisten kaltaiseen monimutkaisuuteen löydettyään ne molempien yleisten aivoista. mustekala (Mustekala vulgaris) ja kalifornialainen mustekala (Mustekala bimaculoides).
Kuten ihmisillä, jotkut transposonit ovat passiivisia, koska niihin on kertynyt mutaatioita ajan myötä, kun taas toiset, vaikka ne ovat ehjiä, ovat solujen puolustusmekanismien estämiä – vaikka jopa transposonien fragmentit ja rikkoutuneet kopiot voivat tarjota raaka-ainetta evoluutiolle, sanovat tutkijat.
Tärkeimmät transposonit, jotka tunnetaan nimellä Long Interspersed Nuclear Elements (LINE), pysyvät mahdollisesti aktiivisina. Aikaisemmin ajateltuna olevan vain jäänteitä kaukaisesta menneisyydestä, viimeaikaiset tutkimukset ovat paljastaneet, että LINE-toiminta on hienosäädeltyä aivoissa, erityisesti hippokampuksen alueella, ja se voidaan yhdistää kognitiivisiin kykyihin, kuten oppimiseen ja muistiin.
Mustekalan genomissa on runsaasti transposoneja. Useimmat ovat passiivisia, mutta käyttämällä uusimpia sekvensointitekniikoita keskittyäkseen niihin, jotka edelleen pystyvät kopioimaan ja liittämään, tutkijat tunnistivat LINE-perheen elementin mustekalan aivojen osissa, jotka ovat tärkeitä kognitiivisten kykyjen kannalta.
"Hyppäsin kirjaimellisesti tuolille, kun näin mikroskoopin alla erittäin voimakkaan signaalin tämän elementin aktiivisuudesta pystylohkossa, aivojen rakenteessa, joka mustekalassa on oppimisen ja kognitiivisten kykyjen paikka - aivan kuten hippokampuksessa ihmisissä", sanoi Giovanna Ponte SZAD:sta.
"Kahden mustekalalajin aivoissa aktiivisen LINE-perheen elementin löytäminen on erittäin merkittävä, koska se lisää tukea ajatukselle, että näillä elementeillä on erityinen tehtävä, joka ylittää kopioimisen ja liittämisen", Sanges sanoi. Tutkimus on julkaistu v BMC-biologia.
Merilohikäärme näyttää
Oregonin yliopiston tutkijoiden mukaan sääragonien tapauksessa, joita tavataan luonnossa vain Australiassa, transposonit voisivat selittää vedenalaisten valokuvaajien arvostaman erottuvan ulkonäön.
Sekvensoimalla sekä rikkakasvien että lehtien lajikkeiden genomit tiedemiehet havaitsivat, että keskeinen ryhmä geenejä, jotka muissa selkärankaisissa ohjaavat kasvojen, hampaiden, lisäkkeiden ja hermoston osien kehitystä, puuttuivat.
"Lohikäärmeet ovat outoja palloja jo omituisten kalojen ryhmässä", totesi tutkimusassistentti prof Clay Small viitaten lähisukulaisiinsa. Syngnathidae perhe, merihevoset ja piippukalat.
"On paljon kiinnostusta siitä, kuinka muovattavia evoluution kannalta asiat, kuten pää ja kasvot, ovat", sanoi vanhempi tutkija Susie Bassham, joka johti tutkimusta yhdessä Smallin kanssa. "Seadragonit voivat olla hyviä tapaustutkimuksia sellaisiin kysymyksiin, koska ne ovat kehittyneet melko nopeasti äärimmäisten erojen vuoksi." Merihevosten ja piippukalojen ohella ne haarautuivat noin 50 miljoonaa vuotta sitten, hän sanoi, "mikä on suhteellisen hiljattain evoluution standardien mukaan".
Saatuaan harvinaisen pääsyn kudosnäytteisiin Scripps Researchin ja Tennessee Aquariumin Birch Aquariumin kautta tutkijat analysoivat seadragonien sekä merihevosten ja piippukalojen geneettisiä sekvenssejä. Verrattuna luisiin kaloihin, kuten seeprakalaan ja sauvaan, kaikki Syngnathidae heiltä puuttuivat kehitystä ohjaavat geenit, mutta toisin kuin heidän sukulaisissaan, seadragonit sisälsivät myös tavallista suurempia määriä transposoneja.
Erikoistuneella röntgenmikroskoopilla otettiin korkearesoluutioinen 3D-kuva 30 cm:n rikkaruohosta.Phyllopteryx taeniolatus). Se skannattiin osissa, ja kuvat ommeltiin yhteen muodostamaan täydellinen kuva, joka paljasti merirakon luiden hienoimmat yksityiskohdat.
"Kukaan ei ollut koskaan aiemmin kuvannut mitään merirakon osaa tällä tavalla", sanoi Bassham. "Voimme nähdä, että lehtien melojen tukirakenteet näyttivät olevan piikkien jalosteita, ja sitten lihaiset lisäkkeet lisättiin päihin." Hän sanoi, että tämä vahvisti ajatusta, että koristeellisilta näyttävät lisäkkeet kehittyivät piikistä.
Tiimi toivoo, että asetragonien genomisekvenssien saattaminen julkisesti saataville auttaa ymmärtämään, miten omituiset olennot kehittyivät, sekä pyrkimyksiä säilyttää ne. Heidän tutkimuksensa on julkaistu v Proceedings of the National Academies of Sciences.
Myös Divernetissä: Oletko nappannut Seadragonin?, Huolenpito Lohikäärmeen luolassa, Ruby Seadragons debytoi livenä
