Ośmiornica to wyjątkowy organizm o niezwykle złożonym mózgu i wyjątkowych wśród bezkręgowców zdolnościach poznawczych. Tak bardzo, że pod pewnymi względami ma więcej wspólnego z kręgowcami niż z bezkręgowcami. Złożoność neuronalna i poznawcza tych zwierząt może pochodzić z molekularnej analogii z ludzkim mózgiem, jak odkryto w artykule badawczym opublikowanym niedawno w BMC Biology i koordynowanym przez Remo Sangesa z SISSA w Trieście i Graziano Fiorito ze Stazione Zoologica Anton Dohrn z Neapolu . Badania pokazują, że te same “skokowe geny” są aktywne zarówno w ludzkim mózgu, jak iw mózgu dwóch gatunków, ośmiornicy zwyczajnej Octopus vulgaris i ośmiornicy kalifornijskiej Octopus bimaculoides. Odkrycie, które może nam pomóc zrozumieć tajemnicę inteligencji tych fascynujących organizmów.
Sekwencjonowanie ludzkiego genomu ujawniło już w 2001 r., że ponad 45% składa się z sekwencji zwanych transpozonami, tak zwanymi „przeskakującymi genami”, które dzięki molekularnym mechanizmom kopiuj i wklej lub wytnij i wklej mogą „poruszać się” z jednego punktu do drugiego genomu danej osoby, tasując lub duplikując. W większości przypadków te ruchome elementy pozostają ciche: nie mają widocznych efektów i utraciły zdolność poruszania się. Niektóre są nieaktywne, ponieważ przez pokolenia nagromadziły się w nich mutacje; inne są nienaruszone, ale zablokowane przez komórkowe mechanizmy obronne. Z ewolucyjnego punktu widzenia nawet te fragmenty i uszkodzone kopie transpozonów mogą być nadal użyteczne jako „surowa materia”, którą ewolucja może wyrzeźbić.
Wśród tych ruchomych elementów najistotniejsze są te należące do tak zwanej rodziny LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), znajdujące się w setkach kopii w ludzkim genomie i nadal potencjalnie aktywne. Tradycyjnie uważano, że aktywność LINEs była tylko pozostałością z przeszłości, pozostałością procesów ewolucyjnych, które obejmowały te ruchome elementy, ale w ostatnich latach pojawiły się nowe dowody wskazujące, że ich aktywność jest precyzyjnie regulowana w mózgu. Wielu naukowców uważa, że transpozony LINE są powiązane ze zdolnościami poznawczymi, takimi jak uczenie się i pamięć: są one szczególnie aktywne w hipokampie, najważniejszej strukturze naszego mózgu odpowiedzialnej za kontrolę neuronalną procesów uczenia się.
Genom ośmiornicy, podobnie jak nasz, jest bogaty w „skokowe geny”, z których większość jest nieaktywna. Skupiając się na transpozonach wciąż zdolnych do kopiowania i wklejania, naukowcy zidentyfikowali element rodziny LINE w częściach mózgu kluczowych dla zdolności poznawczych tych zwierząt. Odkrycie, będące wynikiem współpracy Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Stazione Zoologica Anton Dohrn i Istituto Italiano di Tecnologia, było możliwe dzięki technikom sekwencjonowania nowej generacji, które zostały wykorzystane do analizy składu molekularnego genów aktywnych w układ nerwowy ośmiornicy.
„Odkrycie elementu z rodziny LINE, aktywnego w mózgu obu gatunków ośmiornic, jest bardzo istotne, ponieważ wspiera pogląd, że te elementy pełnią określoną funkcję, wykraczającą poza „kopiuj i wklej” – wyjaśnia Remo. Sanges, dyrektor laboratorium Computational Genomics w SISSA, który rozpoczął pracę nad tym projektem, gdy był badaczem w Stazione Zoologica Anton Dohrn w Neapolu. Badanie, opublikowane w BMC Biology, zostało przeprowadzone przez międzynarodowy zespół składający się z ponad dwudziestu badaczy z całego świata.
„Dosłownie wskoczyłem na krzesło, gdy pod mikroskopem zobaczyłem bardzo silny sygnał aktywności tego pierwiastka w płacie pionowym, strukturze mózgu, która w ośmiornicy jest siedliskiem uczenia się i zdolności poznawczych, podobnie jak hipokamp u ludzi” – mówi Giovanna Ponte ze Stazione Zoologica Anton Dohrn.
Według Giuseppe Petrosino ze Stazione Zoologica Anton Dohrn i Stefano Gustincich z Istituto Italiano di Tecnologia „To podobieństwo między człowiekiem a ośmiornicą, które pokazuje aktywność elementu LINII w siedzibie zdolności poznawczych, można wyjaśnić jako fascynujący przykład zbieżnej ewolucji, zjawisko, dla którego u dwóch odległych genetycznie gatunków ten sam proces molekularny rozwija się niezależnie, w odpowiedzi na podobne potrzeby.”
„Mózg ośmiornicy jest funkcjonalnie podobny w wielu swoich cechach do mózgu ssaków” – mówi Graziano Fiorito, dyrektor Departamentu Biologii i Ewolucji Organizmów Morskich w Stazione Zoologica Anton Dohrn. „Z tego powodu również zidentyfikowany element LINE stanowi bardzo interesującego kandydata do studiowania w celu poszerzenia naszej wiedzy na temat ewolucji inteligencji”.