Учёные из Венского университета обнаружили возможную связь между древней перестройкой ДНК и развитием сложной нервной системы у осьминогов, кальмаров и каракатиц. Эти животные обладают способностью решать задачи и быстро менять внешний вид, маскируясь под окружающую среду. Исследование показывает, что важную роль в формировании таких особенностей могла сыграть не только последовательность генов, но и пространственная организация ДНК внутри клеток.
Геном не вытянут в клетке в виде прямой цепи. Он складывается в объёмную структуру, благодаря чему удалённые участки ДНК могут физически сближаться и влиять друг на друга. Такие контакты способны определять, какие гены включаются, в какой момент это происходит и насколько активно они работают.
Чтобы изучить этот механизм, исследователи восстановили трёхмерную организацию геномов осьминогов, кальмаров и каракатиц, а затем сопоставили её с активностью генов. «Геном — это не просто последовательность генов. Он свёрнут в сложную трёхмерную структуру», — сказала ведущий автор работы доктор Теа Роджерс. По её словам, понимание эволюции этой структуры становится всё более важным для объяснения появления новых форм биологической сложности.
Согласно результатам, опубликованным в Nature Communications, сотни миллионов лет назад геномы головоногих претерпели масштабную перестройку. Крупные участки генетического материала, прежде разделённые, оказались рядом и получили возможность взаимодействовать. Со временем такие контакты могли объединяться в более сложные сети регуляции, что исследователи называют «регуляторным переплетением».
При этом разные элементы генома менялись неодинаково. Крупные структурные области, известные как домены хроматина, сохранялись на протяжении длительного времени, тогда как небольшие хроматиновые петли заметно различались у разных видов, в тканях и на этапах развития. Многие из этих гибких соединений располагались рядом с генами, связанными с развитием и работой нервной системы головоногих.
Авторы считают, что перестройка ДНК могла создать новые схемы управления генами, не нарушая жизненно важные функции организма. Работа не доказывает, что именно эти изменения напрямую вызвали развитие интеллекта головоногих, однако указывает на возможный механизм появления сложных признаков. Как отмечает ScienceDaily, результаты расширяют представление об эволюции: значение может иметь не только набор унаследованных генов, но и то, как они расположены и соединены внутри клетки.