Впервые ученые определили последовательность геномов гигантского кальмара, надеясь найти ответы об огромных размерах существа. Благодаря их анализу, исследователи обнаружили подсказки о том, как мозг головоногих стал настолько огромным, и как он достигает такой впечатляющей маскировки.
Вплоть до 2006 года большинство наших подсказок о самом существовании гигантских кальмаров приходили в виде их вымытых слизистых тел на пляжах или через их клювы, которые были обнаружены на животах кашалотов. Когда в тот год были сняты первые в истории живые кадры гигантского кальмара, расположенные недалеко от островов Огасавара в Японии, мы впервые увидели великолепного головоногого моллюска, еще живого.
Четырнадцать лет спустя мы видели кадры с гигантским кальмаром в его естественной среде обитания, глубоко под океанскими волнами, где нет солнца, а животные неуловимы и все еще трудны для изучения.
Вот почему это настолько большое дело, что исследователи наконец собрали черновую последовательность генома гигантского кальмара. Это может помочь ответить на вопросы о том, как этот моллюск вырос до 40 футов в длину.
«Неуловимость вида затрудняет изучение», - пишут авторы. «Таким образом, сборка генома для этого глубоководного вида позволит разрешить несколько нерешенных эволюционных вопросов».
Исследовательская группа, возглавляемая Руте да Фонсека из Копенгагенского университета, обнаружила, что так же, как гигантский кальмар абсолютно огромен, так же огромен и его геном. Приблизительно с 2,7 млрд пар оснований ДНК его геном составляет примерно 90 процентов от размера человеческого генома. Тем не менее, этот размер сам по себе ни о чем не говорит. Например, редкий японский цветок под названием Paris japonica содержит 149 млрд пар оснований, что делает его геном примерно в 50 раз больше человеческого генома.
Ученые извлекли ДНК для этого анализа из одного гигантского кальмара, также известного под научным названием Architeuthis du. Поскольку гигантский кальмар никогда не был пойман и оставался в живых, образец ДНК был взят из мертвого гигантского кальмара. В то время как анализ генома указывает на некоторые секреты гиганта - например, как его мозг стал самым крупным из беспозвоночных и как ему удается так хорошо замаскировать свое огромное тело - еще есть много, что, по словам исследователей, пока невозможно определить с помощью секвенирования генома. Например, мы до сих пор не знаем, как спаривается гигантский кальмар или что он ест.
Кэролайн Альбертин, сотрудник Хиббитт в Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, является экспертом по таким скользким существам, как осьминог и кальмар. В 2015 году она возглавила команду, которая открыла самый первый геном головоногих моллюсков для осьминога из Калифорнии, Octopus bimaculoides .
Работая над геномом гигантского кальмара, она заметила некоторые сходства между ним, осьминогом с двумя точками и тремя остальными головоногими, чьи геномы были секвенированы до настоящего времени. Почти у всех животных присутствуют важные гены развития, такие как Hox и Wnt.
Как выясняется, гигантский кальмар и калифорнийский двухточечный осьминог имеют много общего, когда речь заходит об их последовательностях генома.
У гигантского кальмара они присутствовали только в единичных экземплярах, что означает, что огромные беспозвоночные не стали огромными благодаря дупликации всего генома, биологической стратегии, которая позволяла позвоночным увеличиваться в ходе эволюции. Действительно, похоже, что беспозвоночные используют совершенно иной подход к росту, чем позвоночные.
Дублирование всего генома - это процесс, посредством которого организм создает дополнительные копии всего генома своего вида. Большинство живых существ, которые размножаются половым путем, включая людей, содержат две копии своего полного генома, унаследованные от каждого из родителей. Это означает, что люди диплоидны или содержат два полных набора хромосом. Дублирование всего генома увеличивает скорость и эффективность, с помощью которых организмы могут приобретать новые биологические признаки.
Таким образом, чтобы полностью понять, почему эти головоногие вырастают до более чем 40 футов в длину, исследователям придется дополнительно исследовать геном гигантского кальмара.
«Геном - это первый шаг к ответу на многие вопросы о биологии этих очень странных животных», - сказала Альбертин. «Хотя головоногие имеют много сложных особенностей, считается, что они эволюционировали независимо от позвоночных. Сравнивая их геномы, мы можем спросить: "Головоногие и позвоночные построены одинаково или они построены по-другому?"»
Одной из действительно замечательных характеристик гигантского кальмара является его мозг, который является довольно сложным и странной формы. Смитсоновский институт описывает его мозг как «пончик в форме». И как ни странно, его пищевод действительно проходит через эту дыру.
Но здесь есть одна загвоздка: в то время как мозг колоссально сложен, он на самом деле довольно мал, как доля полной массы тела гигантского кальмара. В то время как гигантский кальмар может весить до одной тонны, основываясь на телах, которые вымыли на берег, и на ограниченном видеодоказательстве, которое мы видели, их мозг весит всего около 100 граммов. Тем не менее, это самый большой мозг беспозвоночных за всю историю.
Альбертин и остальные исследователи, работающие над геномом гигантского кальмара, заметили присутствие более 100 генов в семействе протокадгеринов, которые «считаются важными для правильной организации сложного мозга», сказала она. Обычно эти гены не обнаруживаются у беспозвоночных, поэтому трудно сказать, что именно означает этот результат. Однако Альбертин также идентифицировала протокадгерины в геноме осьминога, который она изучала в 2015 году.
Уникальные для головоногих моллюсков рефлексы представляют собой семейство генов, присутствующее в геноме гигантского кальмара, которое может помочь им замаскировать их, преследуя добычу или пытаясь сбежать от одного из своих немногих естественных хищников, кашалота.
«Рефлектины кодируют белок, который участвует в создании радужности», - сказала Альбертин. «Цвет - важная часть камуфляжа, поэтому мы пытаемся понять, что делает эта генная семья и как она работает».
Поскольку геномам секвенированы только несколько видов головоногих моллюсков, а рефлексы до сих пор присутствуют только у этого класса животных, трудно сказать, как именно работают белки. Обнаружение их в гигантском кальмаре поможет продвинуть исследование на них, пишет PopularMechanics.
«Наличие этого гигантского генома кальмаров является важным узлом, помогающим нам понять, что делает головоногих моллюсками», - сказала Альбертин. «И это также может помочь нам понять, как возникают новые и новые гены в эволюции и развитии».
