Springende gener, alias transposoner, er måske ukendte for de fleste af os, men de er med i to nyere undersøgelser, der relaterer til marine væsner, der er værdsat af dykkere – blæksprutter og havdrager – og kan forklare nogle af mysterierne omkring disse væsner.
En transposon er en DNA-sekvens, der har evnen til at bevæge sig rundt i et genom, det sæt af DNA-instruktioner, der findes i en celle. Transposoner kan blande eller duplikere sig selv ved at bruge molekylære copy-and-paste eller endda klip-og-paste-mekanismer og kan forårsage hurtige genetiske ændringer, når de indsætter sig selv i midten af eller i nærheden af et gen, hvilket forhindrer det gen i at fungere normalt.
Transposoner udgør 45 % af genomet i den menneskelige hjerne, men nu er de blevet fundet for første gang i hjernen på et hvirvelløse dyr, blæksprutte – og det forklarer måske bare dets dokumenterede høje intelligensniveau.
Undersøgelsen blev udført af et internationalt hold på 20 forskere koordineret af Remo Sanges fra Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) i Trieste og Graziano Fiorito fra Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) i Napoli.
Blæksprutternes "ekstremt komplekse" hjerne og kognitive evner er unikke blandt hvirvelløse dyr, siger forskerne, og de mener, at springgener er nøglen til denne hvirveldyrlignende kompleksitet efter at have fundet dem i hjernen hos både de almindelige blæksprutte (Ottearmet blæksprutte vulgaris) og californisk blæksprutte (Ottearmet blæksprutte bimaculoides).
Som hos mennesker er nogle transposoner inaktive, fordi de har akkumuleret mutationer over tid, mens andre, selvom de er intakte, blokeres af cellulære forsvarsmekanismer - selvom selv fragmenter og ødelagte kopier af transposoner kan give råmateriale til evolution, siger forskerne.
De mest relevante transposoner, kendt som Long Interspersed Nuclear Elements (LINE), forbliver potentielt aktive. Tidligere anset for kun at være rester fra en fjern fortid, har nyere forskning afsløret, at LINE-aktivitet er fint reguleret i hjernen, især i hippocampus-området, og kan være forbundet med kognitive evner såsom indlæring og hukommelse.
Blækspruttens genom er rig på transposoner. De fleste er inaktive, men ved at bruge de nyeste sekventeringsteknikker til at fokusere på dem, der stadig er i stand til at kopiere og indsætte, identificerede forskerne et element af LINE-familien i dele af blækspruttehjernen, der er afgørende for kognitive evner.
"Jeg hoppede bogstaveligt talt på stolen, da jeg under mikroskopet så et meget stærkt signal om aktivitet af dette element i den lodrette lap, hjernens struktur, som i blæksprutten er sæde for læring og kognitive evner - ligesom hippocampus hos mennesker,” sagde Giovanna Ponte fra SZAD.
"Opdagelsen af et element af LINE-familien, der er aktivt i hjernen hos de to blækspruttearter, er meget betydningsfuldt, fordi det tilføjer støtte til ideen om, at disse elementer har en specifik funktion, der går ud over copy-and-paste," sagde Sanges. Undersøgelsen er publiceret i BMC Biologi.
Seadragon ser ud
I tilfælde af havdrager, som kun findes i naturen i Australien, kunne transposoner forklare disse karakteristiske udseende, der er så værdsat af undervandsfotografer, ifølge videnskabsmænd fra University of Oregon.
Ved at sekventere genomerne af både de ukrudtsagtige og bladrige sorter af havdrager, fandt forskerne ud af, at en nøglegruppe af de gener, der hos andre hvirveldyr dirigerer udviklingen af ansigtet, tænderne, vedhæng og dele af nervesystemet manglede.
"Seadragons er mærkelige kugler i en gruppe af allerede ulige fisk," bemærkede forskningsassistent Prof Clay Small med henvisning til deres nære slægtninge i Syngnathidae familie, søheste og pibefisk.
"Der er stor interesse for, hvor smidige ting som hovedet og ansigtet er i forhold til evolutionen," sagde seniorforsker Susie Bassham, der ledede undersøgelsen sammen med Small. "Og havdrager kan være gode casestudier til den slags spørgsmål på grund af de ekstreme forskelle, de har udviklet sig ret hurtigt." Sammen med søheste og rørfisk forgrenede de sig for omkring 50 millioner år siden, sagde hun, "hvilket er relativt nyligt efter evolutionære standarder".
Ved at opnå sjælden adgang til vævsprøver gennem Birch Aquarium ved Scripps Research og Tennessee Aquarium analyserede forskerne havdragernes genetiske sekvenser og søhestes og rørfisk. Sammenlignet med knoglede fisk som zebrafisk og sticklebacks, alle Syngnathidae manglede de gener, der styrer udviklingen, men i modsætning til deres slægtninge indeholdt havdrager også højere end normalt mængder af transposoner.
Et specialiseret røntgenmikroskop blev brugt til at fange et højopløseligt 3D-billede af en 30 cm ukrudtsagtig havdrage (Phyllopteryx taeniolatus). Det blev scannet i sektioner, hvor billederne blev syet sammen for at danne et komplet billede, der afslørede de fineste detaljer af havdragens knogler.
"Ingen havde nogensinde forestillet sig nogen del af en havdrage før på den måde," sagde Bassham. "Vi kunne se, at støttestrukturerne til de bladrige pagajer så ud til at være udformninger af rygsøjler, og så blev de kødfulde vedhæng tilføjet til enderne." Hun sagde, at dette forstærkede ideen om, at det, der så ud til at være dekorative vedhæng, udviklede sig fra rygsøjler.
Holdet håber, at gøre havdragons genomsekvenser offentligt tilgængelige vil hjælpe med at forstå, hvordan de mærkelige skabninger udviklede sig, såvel som i bestræbelserne på at bevare dem. Deres undersøgelse er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences.
Også på Divernet: Har du fanget en havdrage?, Pas på i Dragon's Lair, Ruby Seadragons får livedebut
