سفالوپودهای کلوئیدی با ویژگی‌های هوشمندانه‌ای مانند بازوهای مجهز به مغز، استتار به کمک استتار، قدرت فرار و مهارت‌های حل پازل ما را شگفت‌زده کرده‌اند. تجزیه و تحلیل جدید ژنتیک ماهی مرکب، اختاپوس و ماهی خال مخالی نشان داده است که ژنوم این موجودات به همان اندازه عجیب است.
کارولین آلبرتین زیست شناسی چیزی است که یکی از دو مطالعه جدید را هدایت کرد. او می گوید که ژنوم سفالوپود بسیار فعال است. آلبرتین و همکارانش توالی ژنوم سه سفالوپود را تعیین کردند: اختاپوس کلی کالیفرنیا.اختاپوس bimaculoides(اولین اختاپوس توالی یابی ژنتیکی در سال 2005) و ماهی مرکب دم دراز ساحلی اقیانوس اطلس (Doryteuthis pealeii(این ماهی نزدیک به یک قرن به عنوان یک سیستم مدل در علوم اعصاب مورد مطالعه قرار گرفته است) و ماهی مرکب هاوایی (جمجمه یوپریمنامدل حیوانی برای مطالعه همزیستی باکتری ها و حیوانات.
محققان خانواده‌های ژنی جدیدی را کشف کرده‌اند که بسیاری از آنها در مغز ماهی مرکب بیان می‌شوند و همچنین پسوند ژن‌های آشنا. مانند خوشه های ژنی که در تغییر رنگ سرپایان، اندام های مکنده و قسمت های منقار مانند آنها نقش دارند. دیگر گسترش های ژنتیکی منحصر به فرد شامل ژن های پروتوکادهرین است که ممکن است در توسعه سیستم های عصبی پیچیده در انسان و سرپایان نقش داشته باشد.
سفالوپودها با تمام نسخه های ژنتیکی متفاوت هستند. این نسخه ها باعث رشد ژنوم سفالوپود شد. ژنوم ماهی مرکب دم دراز 1.5 برابر اندازه ژنوم ما است و ژنوم اختاپوس دو پر کالیفرنیا حدود 90 درصد ژنوم ما است.
در مقابل، ژنوم ما با فرآیند تکثیر کل ژنوم گسترش یافت. این ویژگی دلیل پیچیدگی و توانایی بالای آن در ایجاد ویژگی های تکاملی جدید است. همچنین به نظر می رسد که سفالوپودها از چنین تغییرات بزرگی در ژنوم رنج می برند. اما در این مورد نیز ویژگی های خاص خود را دارند. کلیفتون راجدیلعصب شناس دانشگاه شیکاگو توضیح می دهد:
اکنون می دانیم که تکامل سفالوپودها شامل تغییرات ژنومی مشابهی است. اما این تغییرات با دو برابر کردن کل ژنوم یکسان نیست. اما با آرایه های ژنومی قدرتمند. انگار ژنوم اجداد داخل مخلوط کن بود.
ماهی مرکب دم دراز ساحل اقیانوس اطلس
این ترکیب ژنتیکی ممکن است دلیل توانایی‌های شناختی منحصربه‌فرد این موجودات دریایی باشد که بزرگترین سیستم عصبی را در بین تمام بی‌مهرگان به آنها می‌دهد. حدود 500 میلیون نورون بین بازوها و سر اختاپوس وجود دارد که تقریباً به تعداد سلول های عصبی سگ ها است. آکان کاواگوچی او یک پاتولوژیست و یکی از نویسندگان دومین مطالعه ای است که ژنوم ماهی مرکب بابلی را با جزئیات بیشتر بررسی می کند. اعلام می کند:
ما ژنوم ماهی مرکب را با ژنوم ماهی ماهی مرکب مقایسه کردیم و دریافتیم که بسیاری از ژن های پراکنده در ژنوم ماهی ماهی در مناطق خاصی روی کروموزوم های ماهی مرکب با هم جمع شده اند. این مجموعه های ژنی واحدهای تنظیمی را تشکیل می دهند. بنابراین، آنها می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند و فیزیولوژی حیوان را تغییر دهند. یکی از خوشه های ژنی موجود در ژنوم ده ماهی حاوی پنج ژن اصلی است که در توسعه سیستم عصبی نقش دارند.
نکته مهم دیگر توانایی سفالوپودها در اصلاح ژن های مغز است. توانایی ویرایش RNA پیام رسان تنها در چند پروتئین مهم در سیستم عصبی انسان وجود دارد (کمتر از 1٪ پروتئین ها). اما این پدیده اغلب در سرپایان رخ می دهد.
تغییر در ساختار حیوان معمولاً نتیجه جهش در DNA آن است. اما در مورد سفالوپودها، RNA پیام رسان سازنده پروتئین ها باعث تغییرات می شود. برخی معتقدند که این توانایی به سفالوپودها توانایی بیشتری برای سازگاری سریع با محیط می دهد و به آنها کمک می کند تا در شرایط جدید تغییرات کاملاً جدیدی ایجاد کنند. با این حال، این به طور کامل تایید نشده است.
آلبرتین و تیمش دریافتند که ویرایش RNA حیوانات به دو گروه مجزا تقسیم می شود: ویرایش عصبی و ویرایش غیر عصبی. این شرایط نه تنها در بافت های مختلف رخ می دهد. فرکانس ویرایش رویدادها نیز بسیار متفاوت است و ویرایش های مربوط به سیستم عصبی بیشتر اتفاق می افتد. این نشان می دهد که ویرایش مرتبط با سیستم عصبی برای عملکرد این حیوانات بسیار مهم است.
همه این مکانیسم‌های غیرمعمول به هوش منحصربفرد این موجودات کمک کرده‌اند که اکنون 300 میلیون سال پس از آخرین جد مشترک ماهی مرکب و اختاپوس از دیدن آن شگفت زده شده‌ایم. ما مشتاقانه منتظریم تا ببینیم ژنوم عجیب آنها نیز چه چیزی را آشکار خواهد کرد.
هر دو مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.