Согласно эволюционной истории, последним известным общим предком человека и головоногих моллюсков было примитивное червеобразное животное с минимальным интеллектом. В дальнейшем животное царство разделилось на две группы организмов – позвоночных и безпозвоночных. В то время как позвоночные, в частности приматы и другие млекопитающие, развили большой и сложный мозг с высокими когнитивными способностями, беспозвоночные этого не сделали. За одним исключением: головоногие моллюски.

Ученые давно задавались вопросом, почему у этих существ смогла развиться такая сложная нервная система. Международная группа под руководством исследователей из Центра Макса Дельбрюка и Дартмутского колледжа в США выявили одну из возможных причин: осьминоги приобрели множество микроРНК (миРНК) в своей нервной ткани, что отражает аналогичные изменения, произошедшие у позвоночных. По словам научного директора Берлинского института медицинской системной биологии Центра Макса Дельбрюка и руководителя лаборатории системной биологии регуляторных элементов генов профессора Николауса Раевского, микроРНК – это то, что объединяет нас с головоногими. 

МиРНК – основа сложного мозга

В 2019 году Раевский прочитал публикацию о генетическом анализе, проведенном на осьминогах. Ученые обнаружили, что у этих головоногих моллюсков происходит большое количество редактирования РНК – это означает, что они широко используют определенные ферменты, которые могут перекодировать их РНК. "Это натолкнуло меня на мысль, что осьминоги могут иметь в арсенале и другие способы манипулирования РНК", – вспоминает Раевский. Ученый начал сотрудничество с морской исследовательской станцией Stazione Zoologica Anton Dohrn в Неаполе, которая прислала ему образцы 18 различных типов тканей мертвых осьминогов.

 Результаты этого анализа оказались удивительными. "Там действительно происходило много редактирования РНК, но не в тех областях, которые, по нашему мнению, представляют интерес", – говорит Раевский. Самым интересным открытием стало резкое расширение известной группы генов РНК – микроРНК. Всего было обнаружено 42 новых семейства миРНК – причем именно в нервной ткани и в основном в мозге. Учитывая, что эти гены сохранились в ходе эволюции головоногих моллюсков, команда сделала вывод, что они были явно полезны для животных и, следовательно, функционально важны.

Вместо того чтобы транслироваться в мессенджерные РНК, которые передают инструкции по производству белка в клетке, эти миРНК кодируют небольшие фрагменты РНК, которые связываются с мессенджерной РНК и таким образом влияют на производство белка. Эти участки связывания также сохранились на протяжении всей эволюции головоногих моллюсков – еще один признак того, что эти новые миРНК имеют функциональное значение.

По словам ведущего автора исследования Григория Золотарова, украинского ученого, который стажировался в лаборатории Раевского, количество новых микроРНК у головоногих – это третье по величине расширение семейств микроРНК в животном мире и самое большое у безпозвоночных.

"Чтобы дать вам представление о масштабах, устрицы, которые также являются моллюсками, но не отличаются интеллектом, приобрели всего пять новых семейств микроРНК со времен последних предков, которых они делили с осьминогами, в то время как осьминоги приобрели 90!", – говорит Золотаров.

Существа, похожие на инопланетян

С эволюционной точки зрения осьминоги уникальны среди беспозвоночных. У них есть как центральный мозг, так и периферическая нервная система, способная действовать независимо. Если осьминог теряет щупальце, оно остается чувствительным к прикосновениям и может двигаться. Причина, по которой только у осьминогов развились такие сложные функции мозга, может заключаться в том, что они используют щупальца очень целенаправленно – например, как инструменты для открывания раковин. Осьминоги демонстрируют и другие признаки интеллекта: Они очень любопытны и могут запоминать события. Они также могут распознавать людей, и некоторые нравятся им больше, чем другие. Кроме того, осьминоги обладают такими же сложными "камерными" глазами, как и люди. Исследователи теперь считают, что они даже видят сны, поскольку во время сна меняют свой цвет и структуру кожи.

"Говорят, если хочешь встретить инопланетянина, займись дайвингом и подружись с осьминогом", – говорит Раевский. Сейчас он планирует объединить усилия с другими исследователями осьминогов, чтобы создать европейскую сеть, которая позволит наладить более широкий обмен между учеными. Хотя в настоящее время сообщество невелико, Раевский говорит, что интерес к осьминогам растет во всем мире, в том числе среди исследователей поведения. Он говорит, что это увлекательно - анализировать форму интеллекта, которая развивалась совершенно независимо от нашего собственного. Хотя это нелегко. "Если проводить с ними тесты, используя в качестве вознаграждения небольшие угощения, они вскоре теряют интерес. По крайней мере, так мне говорят мои коллеги", – говорит Раевский.

Сейчас команда планирует применить методику, разработанную в лаборатории Раевского, которая позволит изучить клетки в тканях осьминогов на молекулярном уровне.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.