Wat hebben octopus en menselijke hersenen gemeen?

Overzicht: Octopussen hebben een enorm uitgebreid repertoire van mRNA in hun zenuwweefsels, wat een evolutie weerspiegelt die vergelijkbaar is met die van gewervelde dieren. De resultaten geven aan dat miRNA’s een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van complexe hersenen.

bron: MDC

Koppotigen zoals octopussen, inktvissen en inktvissen zijn zeer intelligente dieren met complexe zenuwstelsels. In Science Advances heeft een team onder leiding van Nicholas Rajewski van het Max Delbrück Center nu aangetoond dat hun ontwikkeling verband houdt met de exponentiële uitbreiding van het microRNA-repertoire.

Als we ver genoeg teruggaan in de evolutionaire geschiedenis, komen we de laatst bekende gemeenschappelijke voorouder van mensen en koppotigen tegen: een primitief wormachtig dier met minimale intelligentie en simpele oogvlekken.

Later kan het dierenrijk worden verdeeld in twee groepen organismen: die met een ruggengraat en die zonder.

Terwijl gewervelde dieren, vooral andere primaten en zoogdieren, grote, complexe hersenen hebben ontwikkeld met diverse cognitieve vermogens, hebben ongewervelde dieren dat niet.

Met één uitzondering: koppotigen.

Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd waarom alleen deze weekdieren zo’n complex zenuwstelsel konden ontwikkelen. Nu heeft een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het Max Delbrück Center en Dartmouth College in de VS een mogelijke oorzaak naar voren gebracht.

In een zoekopdracht gepubliceerd inDe wetenschap gaat vooruitZe leggen uit dat octopussen een enorm uitgebreid repertoire van microRNA’s (miRNA’s) in hun zenuwweefsel hebben – een afspiegeling van vergelijkbare ontwikkelingen die zich hebben voorgedaan bij gewervelde dieren. “Dus dit is wat ons verbindt met de octopus!”, zegt professor Nikolaus Ragowski, wetenschappelijk directeur van de Berlin Institute for Medical Systems Biology In het Max Delbrück Center (MDC-BIMSB), hoofd van de systeembiologie van het Gene Regulatory Elements Laboratory, en recente auteur van het artikel, legt hij uit dat deze bevinding waarschijnlijk betekent dat micromoleculen een essentiële rol spelen in de ontwikkeling van complexe hersenen.

In 2019 las Rajewsky een bericht over genetische analyses op octopussen. Wetenschappers hebben ontdekt dat er veel RNA-modificatie plaatsvindt in deze koppotigen – wat betekent dat ze veel gebruik maken van bepaalde enzymen die hun RNA kunnen hercoderen.

“Dit zette me aan het denken dat octopussen niet alleen goed kunnen bewerken, maar ook andere RNA-trucs in petto hebben”, herinnert Rajewsky zich. En dus begon hij een samenwerking met het mariene onderzoeksstation Stazione Zoologica Anton Dohrn in Napels, dat hem monsters stuurde van 18 verschillende soorten weefsel van dode octopussen.

De resultaten van deze analyses waren verrassend: “Er was inderdaad veel RNA-bewerking, maar niet in regio’s die wij belangrijk vinden”, zegt Rajewsky.

De meest interessante ontdekking was eigenlijk de dramatische uitbreiding van een bekende groep RNA-genen, de microRNA’s. Er werden in totaal 42 nieuwe miRNA-families gevonden – met name in neuraal weefsel en meestal in de hersenen.

Gezien het feit dat deze genen tijdens de evolutie van koppotigen behouden bleven, concludeerde het team dat ze duidelijk gunstig waren voor de dieren en daarom functioneel belangrijk.

Ragowski doet al meer dan 20 jaar onderzoek naar microdeeltjes. In plaats van te worden vertaald in boodschapper-RNA, dat de instructies geeft voor de eiwitproductie in de cel, coderen deze genen voor kleine stukjes RNA die binden aan het boodschapper-RNA en zo de eiwitproductie beïnvloeden.

Deze bindingsplaatsen bleven ook behouden tijdens de evolutie van koppotigen – nog een indicatie dat deze nieuwe micromoleculen van functioneel belang zijn.

Nieuwe microRNA-families

“Dit is de op twee na grootste uitbreiding van microRNA-families in de dierenwereld, en de grootste buiten de gewervelde dieren”, zegt hoofdauteur Grigory Zolotarov, een Oekraïense wetenschapper die trainde in het laboratorium van Rajewsky bij MDC-BIMSB terwijl hij zijn medische opleiding in Praag voltooide, en later .

“Om je een idee te geven van de grootte: kokkels, die ook weekdieren zijn, hebben slechts vijf nieuwe microRNA-families gekregen sinds de laatste voorouder die ze deelden met octopussen – terwijl octopussen er 90 hebben gewonnen!” Oesters staan ​​niet bepaald bekend om hun intelligentie, voegt Zolotaroff toe.

Rajewsky’s fascinatie voor octopussen begon jaren geleden, tijdens een avondbezoek aan het Monterey Bay Aquarium in Californië. “Ik zag dit wezen op de bodem van de tank zitten en we hebben een paar minuten – zo dacht ik – naar elkaar gekeken.”

Kijken naar een octopus is heel anders dan kijken naar een vis, zegt hij: “Het is niet erg wetenschappelijk, maar hun ogen stralen intelligentie uit.” Octopussen hebben complexe “camera”-ogen die lijken op mensen.

Vanuit een evolutionair perspectief zijn octopussen uniek onder ongewervelde dieren. Ze hebben een centraal brein en een perifeer zenuwstelsel – een orgaan dat onafhankelijk kan werken. Als de octopus zijn tentakels verliest, blijft de tentakel gevoelig voor aanraking en kan hij bewegen.

De reden dat octopussen solitair zijn in het ontwikkelen van zulke complexe hersenfuncties, zou kunnen liggen in het feit dat ze hun armen heel doelgericht gebruiken, bijvoorbeeld als gereedschap om schelpen te openen.

Octopussen vertonen ook andere tekenen van intelligentie: ze zijn erg nieuwsgierig en kunnen dingen onthouden. Ze kunnen ook mensen leren kennen en vinden de een leuker dan de ander.

Onderzoekers geloven nu dat ze zelfs dromen, terwijl ze hun kleur en huidstructuur veranderen terwijl ze slapen.

Zie ook

buitenaardse wezens

“Ze zeggen dat als je een buitenlander wilt ontmoeten, je moet gaan duiken en vriendschap sluiten met een octopus”, zegt Rajewsky.

Hij is nu van plan zich bij andere octopusonderzoekers aan te sluiten om een ​​Europees netwerk te vormen dat meer uitwisseling tussen wetenschappers mogelijk maakt. Hoewel de gemeenschap momenteel klein is, zegt Rajewsky dat de belangstelling voor octopussen wereldwijd groeit, ook onder gedragsonderzoekers.

Het is fascinerend, zegt hij, om een ​​vorm van intelligentie te analyseren die volledig onafhankelijk van de onze is geëvolueerd. Maar makkelijk is het niet: “Als je testen met ze doet met kleine snacks als beloning, verliezen ze al snel hun interesse. Tenminste, dat is wat mijn collega’s mij vertellen”, zegt Ragoski.

“Omdat octopussen geen typische modelorganismen zijn, waren onze biomoleculaire hulpmiddelen zeer beperkt”, zegt Zolotarov. “Dus we weten nog niet precies welke soorten cellen het nieuwe microRNA tot expressie brengen.” Het team van Rajewsky is nu van plan een technologie toe te passen die is ontwikkeld in het laboratorium van Rajewsky, waardoor cellen in octopusweefsel zichtbaar worden op moleculair niveau.

Over dit nieuws over genetica en evolutionaire neurowetenschappen

auteur: Jan Schloter
bron: MDC
Contact: Jana Schloter – MDC
afbeelding: Beeldcredits voor Nir Friedman

Oorspronkelijke zoekopdracht: vrije toegang.
“MicroRNA’s zijn nauw verbonden met de opkomst van het complexe octopusbreinGeschreven door Nicholas Ragowski et al. De wetenschap gaat vooruit

Overzicht

MicroRNA’s zijn nauw verbonden met de opkomst van het complexe octopusbrein

Koppotigen met een zacht lichaam, zoals octopussen, zijn uitzonderlijk intelligente ongewervelde dieren met een zeer complex zenuwstelsel dat onafhankelijk van gewervelde dieren is geëvolueerd. Gezien de verhoogde RNA-bewerking in hun neuronale weefsels, veronderstelden we dat RNA-regulatie een sleutelrol zou kunnen spelen in het cognitieve succes van deze groep.

Zo hebben we boodschapper-RNA en klein RNA gekarakteriseerd in drie soorten koppotigen, waaronder 18 weefsels van gewone octopus. We laten zien dat de belangrijkste RNA-innovatie van zachte koppotigen een uitbreiding is van het microRNA (miRNA) genenrepertoire.

Deze evolutionair nieuwe miRNA’s werden voornamelijk tot expressie gebracht in volwassen neuraal weefsel en tijdens de ontwikkeling en behielden functionele en dus potentieel functionele doelsites. De enige vergelijkbare miRNA-uitbreidingen vonden significant plaats bij gewervelde dieren.

Daarom stellen we voor dat micromoleculen nauw verbonden zijn met de ontwikkeling van complexe dierenhersenen.