Tento dávny genetický „kiks“ môže byť dôvodom, prečo sú chobotnice také inteligentné

Chobotnice dokážu riešiť problémy, učiť sa zo skúseností a meniť farbu aj vzhľad kože podľa okolia. Ich inteligencia už dlho fascinuje vedcov, ktorí hľadajú odpoveď na otázku, ako sa u týchto živočíchov vyvinula taká zložitá nervová sústava. Nový výskum Viedenskej univerzity priniesol zaujímavú stopu. Kľúč nemusí spočívať len v samotných génoch, ale aj v tom, ako sa ich DNA priestorovo usporiadala.

Výskumníci zistili, že pred stovkami miliónov rokov prešla genetická výbava chobotníc, kalmárov a sépií rozsiahlymi zmenami. Tie mohli spojiť časti DNA, ktoré dovtedy fungovali oddelene. Vďaka tomu získali gény nové možnosti vzájomného ovplyvňovania a regulácie. Takéto zmeny mohli prispieť k vývoju mimoriadne komplexného nervového systému hlavonožcov.

Výsledky štúdie publikoval vedecký časopis Nature Communications. Vedci však zatiaľ netvrdia, že objavili jedinú príčinu inteligencie chobotníc. Ich výskum skôr naznačuje, že významnú úlohu mohol zohrať aj spôsob, akým bunka usporiada svoju DNA.

DNA nie je len obyčajný reťazec génov

Keď sa povie DNA, väčšina ľudí si predstaví dvojzávitnicu, ktorá nesie genetické informácie organizmu. V skutočnosti však DNA v bunke nepredstavuje dlhé, rovné vlákno. Je poskladaná do zložitej trojrozmernej štruktúry, vďaka ktorej sa môžu k sebe dostať aj úseky, ktoré od seba na samotnom vlákne delia veľké vzdialenosti.

Toto priestorové usporiadanie má zásadný význam. Ovplyvňuje totiž, ktoré gény bunka aktivuje, kedy ich využije a akú intenzitu ich činnosti zvolí. Zmena v usporiadaní DNA preto môže ovplyvniť fungovanie génov aj bez toho, aby sa zmenil samotný genetický zápis.

Súvisí s tým

Prečo mal T. rex také smiešne malé ruky? Vedci tvrdia, že za tým nebola chyba evolúcie, ale brutálny spôsob lovu

„Genóm netvorí iba postupnosť génov. DNA sa skladá do zložitej trojrozmernej štruktúry,“ vysvetlila hlavná autorka štúdie Thea Rogersová.

Dodáva, že vedci čoraz viac zisťujú, že pochopenie vývoja tejto štruktúry pomáha objasniť aj vznik nových biologických vlastností. Tím preto preskúmal priestorové usporiadanie genómu chobotníc, kalmárov a sépií a porovnal ho s aktivitou jednotlivých génov. Vedci tak hľadali súvislosti medzi stavbou DNA a spôsobom, akým bunky využívajú genetické informácie.

Výskumníci našli dôkazy o rozsiahlej reorganizácii genómu, ku ktorej došlo v dávnej evolučnej minulosti hlavonožcov. Veľké úseky genetického materiálu zmenili svoje usporiadanie a niektoré oblasti chromozómov sa dostali bližšie k sebe. Takéto presuny vytvorili nové možnosti vzájomného kontaktu medzi úsekmi DNA. Tie sa následne mohli podieľať na regulácii génov spôsobom, ktorý predtým nebol možný. Postupne tak mohli vzniknúť prepojené siete genetickej regulácie. Vedci tento proces označujú ako regulačné prepletenie. Jednotlivé časti genetickej sústavy sa totiž môžu časom navzájom ovplyvňovať natoľko, že ich fungovanie už nemožno jednoducho oddeliť.

Takýto mechanizmus by mohol vysvetliť, ako evolúcia vytvorila nové biologické vlastnosti bez toho, aby narušila základné funkcie potrebné na prežitie. Namiesto vzniku úplne nových génov mohlo v niektorých prípadoch stačiť, aby sa existujúce genetické prvky dostali do nových vzťahov.

Niektoré časti DNA zostali stabilné, iné sa však menili

Zaujímavým výsledkom štúdie bolo aj to, že jednotlivé časti priestorovej štruktúry DNA reagovali na evolučné zmeny rozdielne. Väčšie oblasti nazývané chromatínové domény zostali počas dlhého obdobia evolúcie pomerne stabilné. Pomáhajú usporiadať DNA do rozsiahlejších celkov vnútri bunky. Ich zachovanie naznačuje, že niektoré základné prvky organizácie genómu majú dôležitú funkciu, a preto sa menia len málo.

Menšie štruktúry, ktoré vedci označujú ako chromatínové slučky, vykazovali oveľa väčšiu variabilitu. Vznikajú vtedy, keď sa vzdialené úseky DNA priestorovo priblížia a vytvoria medzi sebou kontakt. Ich usporiadanie sa líšilo nielen medzi jednotlivými druhmi hlavonožcov, ale aj medzi rôznymi tkanivami a vývojovými štádiami. Práve tieto pružnejšie spojenia vedcov zaujali najviac. Mnohé sa nachádzali v blízkosti génov, ktoré súvisia s typickými vlastnosťami hlavonožcov vrátane vývoja a fungovania nervovej sústavy.

Takéto usporiadanie naznačuje, že menšie štruktúry DNA môžu citlivo reagovať na rozsiahle genetické zmeny. Ak sa zmení kontakt medzi jednotlivými úsekmi DNA, bunka môže začať inak regulovať gény. To následne môže ovplyvniť vývoj určitých vlastností organizmu.

Výskum prináša nový pohľad na evolúciu. Vedci sa totiž nemusia sústrediť iba na to, aké gény organizmus zdedil, ale aj na to, ako ich bunka usporiadala a prepojila. Pri hlavonožcoch mohli dávne zmeny v priestorovej štruktúre DNA vytvoriť podmienky na vznik zložitejších regulačných mechanizmov, ktoré prispeli k rozvoju ich nervovej sústavy. To však ešte neznamená, že vedci priamo dokázali súvislosť medzi konkrétnou zmenou DNA a inteligenciou chobotníc. Výsledky naznačujú možný evolučný mechanizmus, nie definitívne vysvetlenie ich schopností.

Výskum napriek tomu upozorňuje na dôležitý detail, evolúcia nemusí meniť iba samotné genetické inštrukcie. Význam môže mať aj to, ako bunka jednotlivé časti DNA poskladá a ktoré z nich navzájom prepojí. Práve tieto skryté súvislosti môžu vedcom pomôcť lepšie pochopiť, ako sa u niektorých živočíchov vyvinuli také zložité nervové sústavy.