ژنوم سفالوپود عجیب‌تر از چیزی است که احتمالاً انتظار دارید

سفالوپودهای دارای بدن نرم (Coleoid) با ویژگی‌های هوشمندانه‌ای مانند بازوهای دارای مغز، استتار به‌کمک تغییر رنگ، استعداد فرار و مهارت‌های حل معمای خود ما را شگفت‌زده کرده‌اند. تجزیه‌و‌تحلیل جدیدی از ژنتیک ماهی مرکب و اختاپوس و سپیداج نشان می‌دهد ژنوم این موجودات نیز به‌اندازه‌ی خودشان عجیب‌و‌غریب است.کارولین آلبرتین زیست‌شناسی است که یکی از دو مطالعه‌ی جدید را هدایت کرده است. وی می‌گوید ژنوم سفالوپودها بسیار پرتحرک و فعال است. آلبرتین و همکارانش ژنوم سه سفالوپود را توالی‌یابی کردند: اختاپوس دو‌نقطه‌ای کالیفرنیا (Octopus bimaculoides) (اولین اختاپوسی که توالی ژنوم آن در سال ۲۰۰۵ مشخص شد) و مرکب‌ماهی درازباله‌ی ساحلی اقیانوس اطلس (Doryteuthis pealeii) (این ماهی نزدیک یک قرن به‌عنوان سیستم مدل در علوم اعصاب مطالعه شد) و ماهی مرکب بابتیل هاوایی (Euprymna scolopes) (مدل حیوانی برای مطالعه‌ی هم‌زیستی باکتری و حیوان).مقاله‌های مرتبط:پژوهشگران خانواده‌های ژنی جدیدی را پیدا کردند که بسیاری از آن‌ها در مغز ماهی مرکب بیان می‌شدند و نیز بسط‌هایی از ژن‌های آشنا را پیدا کردند؛ مانند خوشه‌های ژنی که در تغییر رنگ سفالوپودها و عضو مکنده و قسمت منقارمانند آن‌ها نقش دارند. دیگر بسط‌های ژنی منحصر‌به‌فرد شامل ژن‌های پروتوکادهرین هستند که ممکن است در ایجاد سیستم‌های عصبی پیچیده هم در انسان‌‌ها و هم در سفالوپودها نقش داشته باشد.سفالوپودها با داشتن کل نسخه‌های ژن تنوع ایجاد می‌کنند. این نسخه‌ها موجب بزرگ‌شدن ژنوم سفالوپودها شده است؛ به‌طوری‌که ژنوم ماهی مرکب درازباله ۱/۵ برابر ژنوم ما و اندازه‌ی ژنوم اختاپوس دونقطه‌ای کالیفرنیا حدود ۹۰ درصد ژنوم ما است.درمقابل، ژنوم‌ ما ازطریق فرایند مضاعف‌شدن کل ژنوم گسترش پیدا کرده است. این ویژگی دلیل پیچیدگی زیاد و توانایی ایجاد ویژگی‌های تکاملی جدید در نظر گرفته می‌شود. به‌نظر می‌رسد سفالوپودها نیز چنین تغییرات بزرگی در ژنوم را تجربه می‌کنند؛ اما در این مورد هم ویژگی‌های خاص خود را دارند. کلیفتون راگسدیل، عصب زیست‌شناس دانشگاه شیکاگو توضیح می‌دهد:اکنون می‌دانیم که تکامل سفالوپودها شامل تغییرات ژنومی بزرگ مشابهی است؛ اما این تغییرات از نوع مضاعف‌شدن کل ژنوم نیستند؛ بلکه با آرایی‌های ژنومی شدیدی هستند. مانند این است که ژنوم‌های اجدادی درون مخلوط‌کن قرار گرفته باشند.ماهی مرکب درازباله‌ی ساحلی اقیانوس اطلساین مخلوط‌شدن ژنتیکی ممکن است دلیل توانایی‌های شناختی منحصربه‌فرد این موجودات دریایی باشد و بزرگ‌ترین سیستم عصبی تمام بی‌مهرگان را به آن‌ها داده باشد. بین بازوها و سر اختاپوس چیزی حدود ۵۰۰ میلیون نورون وجود دارد که معادل تعداد نورون‌هایی است که سگ‌ها دارند. آکانه کاواگوچی آسیب‌شناس و از نویسندگان مطالعه‌ی دوم است که ژنوم ماهی مرکب بابتیل را دقیق‌تر بررسی می‌کند. او بیان می‌کند:ژنوم ماهی مرکب را با ژنوم صدف اسکالوپ مقایسه کردیم و متوجه شدیم بسیاری از ژن‌ها که در ژنوم صدف اسکالوپ پراکنده بودند، در نواحی خاصی روی کروموزوم‌های ماهی مرکب کنارهم جمع شده‌اند. این خوشه‌های ژنی واحدهای تنظیمی را تشکیل می‌دهند؛ بنابراین، آن‌ها می‌توانند باهم تعامل داشته باشند و فیزیولوژی حیوان را تغییر دهند. یکی از خوشه‌های ژنی در ژنوم ماهی مرکب حاوی پنج ژن اصلی است که در توسعه‌ی سیستم عصبی نقش دارند.نکته‌ی مهم دیگر توانایی سفالوپودها برای ویرایش ژن‌های مغز خود است. توانایی ویرایش RNA پیام‌رسان، تنها در تعداد انگشت‌شماری از پروتئین‌های مهم سیستم عصبی انسان (در کمتر از ۱ درصد پروتئین‌ها) دیده می‌شود؛ اما این پدیده در سفالوپودها با فراوانی بیشتری اتفاق می‌افتد.معمولاً تغییر در ساختار جانور حاصل جهش در DNA است؛ اما درباره‌ی سفالوپودها، RNA پیام‌رسان که پروتئین‌ها را می‌سازد، عامل ایجاد تغییرات است. برخی پیشنهاد می‌کنند که این توانایی به سفالوپودها توانایی بیشتری برای سازگاری سریع با محیط را می‌دهد و به آن‌ها کمک می‌کند تا مطابق با شرایط جدید، تغییرات کاملاً جدیدی را ایجاد کنند. باوجوداین، این مسئله هنوز کاملاً تأیید نشده است.آلبرتین و تیمش دریافتند که ویرایش RNA حیوانات به دو گروه مجزا تقسیم می‌شود: ویرایش‌های عصبی و ویرایش‌های غیرعصبی. این موارد نه‌تنها در بافت‌های مختلف رخ می‌دهد؛ بلکه فراوانی رخداد ویرایش نیز به‌طور چشمگیری تفاوت دارد و ویرایش مرتبط با سیستم عصبی با فراوانی بسیار بیشتری اتفاق می‌افتد. این مسئله نشان می‌دهد ویرایش مرتبط با سیستم عصبی برای عملکرد این جانوران بسیار مهم است.این مکانیسم‌های غیرمعمول همه به ایجاد هوش منحصر‌به‌فرد این موجودات کمک کرده‌اند که اکنون پس از گذشت ۳۰۰ میلیون سال از زمان آخرین جد مشترک ماهی مرکب و اختاپوس، از مشاهده آن‌ها شگفت‌زده می‌شویم. بی‌صبرانه منتظریم تا ببینیم ژنوم‌های عجیب آن‌ها چه چیزهای دیگری را آشکار خواهند کرد.این دو مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شدند.