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Kraken können im Prinzip ihre eigenen Gene im laufenden Betrieb bearbeiten

2022

Du bist ein komplexer Organismus. Sie knüpfen Kontakte zu Familie und Freunden, lösen Rätsel und treffen Entscheidungen. Der Mensch ist vielleicht eines der zerebralsten Tiere auf dem Planeten, aber wir wissen, dass wir mit dieser Art von Verhaltenskomplexität nicht allein sind. Krähen benutzen Werkzeuge. Primaten schaffen unglaubliche soziale Strukturen. Wale versammeln sich.

Eines haben alle diese Tiere gemeinsam: Sie sind Wirbeltiere. Mitglieder unseres Subphylums teilen mehr als nur ein Rückgrat; Unser gemeinsamer Vorfahr bescherte uns die Art von Struktur und zentralem Nervensystem, die sich für die Komplexität des Verhaltens eignet.

Und dann gibt es Kopffüßer. Sie können eine schockierende Anzahl komplexer Rätsel lösen, was auf eine Erkenntnis hindeutet, die mit derjenigen der Wirbeltierwelt mithalten kann - auch wenn sie zuletzt vor mindestens 500 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren mit uns geteilt haben. In der Welt der Wirbellosen stehen Tintenfische, Tintenfische und Tintenfische auseinander.

Vielleicht haben wir endlich eine Idee warum. Laut einer in Cell veröffentlichten Studie haben diese Kreaturen eine unheimliche Fähigkeit, die Anweisungen in ihrer DNA zu manipulieren. Ein beispielloses Problem bei der RNA-Bearbeitung könnte erklären, warum Kopffüßer so hell und anpassungsfähig sind.

Sie erinnern sich wahrscheinlich an RNA aus Ihrem Biologieunterricht. DNA ist wie eine Blaupause genetischer Anweisungen, die uns bei der Konzeption zur Verfügung gestellt wurden. DNA ist stabil und (meistens) im Zellkern gebunden, sodass genetische Informationen sicher aufbewahrt werden und an die nächste Generation weitergegeben werden können. Wenn die DNA sagt "wir sollten diese Proteine ​​zu diesem Zeitpunkt produzieren", geht die RNA in die Welt des Zytoplasmas hinaus und lässt es geschehen.

Aber manchmal RNA-Rebellen. Manchmal greifen Enzyme ein und ziehen die RNA-Adenosinbasen heraus, die für bestimmte Proteine ​​kodieren, und ersetzen sie stattdessen durch Inosinbasen. In diesem Fall kann die RNA "bearbeitet" werden, um ein anderes Protein als das von der DNA angeforderte zu produzieren.

"Vor ungefähr 25 Jahren identifizierten die Menschen das erste Beispiel für die RNA-Bearbeitung bei Säugetieren. In einigen Fällen konnte man feststellen, dass die DNA eine Aussage enthält und dass das tatsächliche Protein anders ist, sagt Studienkoautor Eli Eisenberg, ein Biophysiker an der Universität Tel Aviv in Israel, Eisenberg leitete die Studie gemeinsam mit Joshua Rosenthal am Marine Biological Laboratory, wobei beide auf Tel Avivs Noa Liscovitch-Brauer als treibende Kraft für die Forschung hinweisen.

Für ein paar Jahrzehnte, so Eisenberg, beschränkte sich die Untersuchung dieses Phänomens auf eine Handvoll zufällig aufgefundener Fälle. Aber in den letzten Jahren haben Wissenschaftler einen systematischeren Ansatz gewählt und festgestellt, dass Menschen diesen genetischen Trick gelegentlich auch anwenden. Aber für uns ist es ein seltenes Ereignis. Wir haben viele Sites, an denen eine Bearbeitung stattfinden könnte, aber die meisten befinden sich auf Teilen des Genoms mit 'Junk'-DNA, die für nichts codiert. Von den rund 1.000 Codierungsstandorten, an denen die Bearbeitung stattfinden könnte, gibt es nur ein paar Dutzend an Orten, an denen die Bearbeitung wahrscheinlich einen wichtigen Einfluss haben würde.

Tintenfische, die die gleiche Anzahl von Genen haben, haben ungefähr 11.000 dieser nützlichen Stellen.

Die neue Studie, die die RNA-Bearbeitungsstellen in mehreren Arten von Kopffüßern aufspürte, baute auf früheren Untersuchungen auf, die ergaben, dass Kraken die RNA-Bearbeitung verwenden, um sich schnell an Temperaturänderungen anzupassen, und dass eine umfassende Bearbeitung in neuralem Tintenfischgewebe erfolgt. Bei der Untersuchung weiterer Arten stellten die Forscher fest, dass dieser Segen bearbeitbarer RNA unter Kopffüßern nahezu universell ist, und die Ausnahmen, die die Regel bestätigen, liefern einige faszinierende Hinweise.

Alle Mitglieder der Unterklasse "coleoid" - Tintenfisch, Tintenfisch, Tintenfisch -, die die Forscher untersuchten, hatten diesen Schub bei der RNA-Bearbeitung. Der Nautilus mit Kammern, der im Vergleich zu seinen peitschenklugen Verwandten als primitives Tier gilt, wies jedoch viel geringere RNA-Editionen auf. Ein noch entfernterer Mollusken-Cousin (kein Kopffüßer), der zu Vergleichszwecken getestet wurde, wies ähnlich niedrige Werte auf.

Da so viel von der RNA-Bearbeitung im Gehirngewebe stattfindet, glauben die Forscher, dass diese Korrelation darauf hindeuten könnte, dass der Prozess dazu beiträgt, dass einige Kopffüßer ihre Intelligenz entwickeln. Wie oder warum dieser Prozess genau abläuft, ist eine Frage für zukünftige Studien. Eines ist jedoch sicher: Die RNA-Bearbeitung kann eine Art unglaublich flexibel machen.

"Für uns, im Allgemeinen, wenn wir ein Gen haben, kann die Kodierung durch Mutation verbessert werden. Das ist das allgemeine Bild der Evolution, in dem eine Mutation auftritt, um das Protein an die Bedürfnisse des Organismus anzupassen, sagt Eisenberg." DNA, es ist fest verdrahtet. Du änderst es, und das ist es. "

Der Prozess der RNA-Bearbeitung ist viel anpassungsfähiger.

"Sie könnten die RNA in einem Gewebe bearbeiten, beispielsweise im Gehirn, und nicht in einem anderen, wie der Muskel Eisenberg erklärt." Sie können das alte Protein unter normalen Bedingungen produzieren lassen und ein neues, wenn Sie unter Stress stehen. Sie können es auf verschiedenen Ebenen bearbeiten oder nicht - Sie können die bearbeitete und die unbearbeitete Version in derselben Zelle haben und zusammenarbeiten. "

Forscher haben bereits gesehen, dass Kraken, die sich an wechselnde Temperaturen anpassen müssen, dazu die RNA-Bearbeitung verwenden, aber die Möglichkeiten sind wirklich endlos. Eisenberg und seine Kollegen hoffen, andere Umweltveränderungen wie die Versauerung der Ozeane untersuchen zu können, die im Zeitalter des Klimawandels immer wichtiger werden, um herauszufinden, welche verrückten Anpassungen ein Kopffüßer bei Bedarf vornehmen könnte.

Also, wenn RNA-Bearbeitung so ein cooler Trick ist, warum machen Menschen das nicht öfter?

"Das ist eine Frage, die wir gerade beantworten können, denn jetzt haben wir diese Tiere, die es die ganze Zeit tun, um uns mit Eisenberg zu vergleichen. Aber wir haben eine Vorstellung davon, welchen Preis sie zahlen."

Es ist wahrscheinlich, dass Kopffüßer einen gravierenden evolutionären Kompromiss eingegangen sind: Um die Flexibilität einer umfassenden RNA-Bearbeitung aufrechtzuerhalten, haben sie möglicherweise die Fähigkeit aufgegeben, durch Mutation festverdrahtete genetische Veränderungen vorzunehmen. Mit anderen Worten, ihre Entwicklung könnte gestört sein. Dies liegt daran, dass die Strukturen, die das Editieren von RNA ermöglichen, komplex sind und genau im richtigen Teil des Genoms sitzen müssen. Die Arten von Mutationen, die dem Menschen helfen, sich anzupassen und von Generation zu Generation zu überleben, würden wahrscheinlich die Fähigkeit eines Kopffüßers beeinträchtigen, eine schnelle Bearbeitung mit einer solchen Souveränität vorzunehmen.

"Diese Ergebnisse passen gut zu dem, was früher bei Kopffüßern charakterisiert wurde, sind aber ansonsten unerwartet von dem, was wir über andere Tiere wissen. Dies unterstreicht die Wichtigkeit, viele verschiedene Organismen zu untersuchen, um zu lernen, wie biologische Systeme funktionieren, sagt Carrie Albertin, eine Forscherin an der Universität von Chicago, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. Albertin, ein Teil des Teams, das das Octopus-Genom zum ersten Mal sequenzierte, hofft, dass die Ergebnisse uns helfen können, einen Einblick in die größten Gehirne der Welt der Wirbellosen zu erhalten. "Diese Ergebnisse sind sehr aufregend . "

Im Grunde genommen sind Kopffüßer immer noch höllisch seltsam. Wir hoffen, dass zukünftige Studien uns dabei helfen können, herauszufinden, wie und wann sie diese faszinierende Evolutionsstrategie umgesetzt haben - und ob dies wirklich das Geheimnis ihrer Brillanz ist.

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