Ośmiornice potrafią zmieniać swoje RNA, aby dostosować się do spadku temperatur

Nowe badania przeprowadzone przez Joshuę Rosenthala z Marine Biological Laboratory (MBL) i Eli Eisenberga z Uniwersytetu w Tel Awiwie wskazują, że ośmiornice i ich bliscy krewniacy łatwo dostosowują się do wyzwań środowiskowych, dzięki zdolności majstrowania przy swoim RNA – tj. cząsteczce pośredniczącej, która przekazuje wskazówki DNA.

.W nowym badaniu opublikowanym w Cell 8 czerwca, Rosenthal i współpracownicy dokumentują ogromny wzrost edycji RNA, gdy ośmiornice, kałamarnice i mątwy, znane jako głowonogi, aklimatyzują się do zimnej wody. Po schłodzeniu zbiorników ośmiornic zespół zaobserwował wzrost aktywności zmieniającej białka w ponad 13 000 miejsc RNA w układach nerwowych zwierząt. W dwóch z tych przypadków zbadano, w jaki sposób zamiana jednej litery kodu cząsteczki RNA zmienia funkcję białek wytwarzanych przez neurony, podaje portal Technology Network.

Niezwykłe zdolności ośmiornic

.Według Rosenthala, starszego naukowca w MBL, wydaje się, że dzięki edycji RNA głowonogi znalazły unikalny sposób na dostosowanie własnej fizjologii. „Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia, że wszystkie żywe istoty są zaprogramowane od urodzenia z pewnym zestawem instrukcji” – mówi. „Pomysł, że środowisko może wpływać na tę informację genetyczną, jak pokazaliśmy u głowonogów, jest nową koncepcją”.

Dlaczego ośmiornice powszechnie edytują swoje RNA?

.Molekularna maszyneria komórki przepisuje instrukcje zakodowane w DNA na RNA, z którego część jest wykorzystywana do produkcji białek. Naukowcy odkryli, że komórki mają zdolność do zamiany jednego z elementów czteroliterowego kodu genetycznego, adenozyny, na cząsteczkę zastępczą, inozynę, która zachowuje się jak guanozyna, jedna z czterech oryginalnych. Podczas gdy ten sam proces zachodzi u ludzi i większości innych zwierząt, rzadko wpływa on na RNA, które jest związane z produkcją białka. W 2015 r. Rosenthal i jego koledzy wykazali, że kałamarnice stosują ten rodzaj edycji RNA zmieniającego białka (zwanego A-to-I) na masową skalę, a później wykazali to samo u ośmiornic.

Naszym głównym pytaniem było: „Do czego go używają?”” mówi Rosenthal. Ponieważ edycja zmienia RNA tylko tymczasowo, naukowcy podejrzewali, że zwierzęta te używają go do aklimatyzacji w swoim środowisku. W obecnym badaniu skupili się na wpływie jednego z takich czynników, temperatury, w układzie nerwowym. Temperatura ma znaczenie, ponieważ reguluje aktywność enzymów, które z kolei napędzają reakcje chemiczne kluczowe dla wszystkich procesów fizjologicznych. Podobnie jak inne głowonogi, ośmiornica kalifornijska (Octopus bimaculoides), którą badali, nie jest w stanie wytworzyć własnego ciepła ciała, aby przeciwdziałać spadkom temperatury towarzyszącym pływom, zmianom głębokości wody i porom roku.

Aklimatyzacja ośmiornic do temperatur

.Po aklimatyzacji ośmiornic do temperatur na ciepłym końcu ich naturalnego zakresu (22 stopnie℃) i chłodnym końcu (około 13 stopni℃, naukowcy) zbadali ich RNA. W ramach kodu molekularnego śledzili aktywność w miejscach, w których już wiedzieli, że zachodzi edycja. U ośmiornic w zimnych zbiornikach stwierdzono znaczny wzrost w 13 285 miejscach, w których zmiana jednej litery zmienia białko. W przypadku ośmiornic w ciepłych zbiornikach stwierdzono wzrost w 550 takich miejscach.

Aby potwierdzić wyniki badań laboratoryjnych, Matthew Birk, obecnie adiunkt na Uniwersytecie Saint Francis w Pensylwanii, zarejestrował temperatury w pobliżu nor ośmiornic zimą i późnym latem, a następnie zebrał zwierzęta. Z pomocą współpracowników z University of Michigan i Texas Tech University, zespół zbadał, w jaki sposób edycja RNA zmieniła funkcję dwóch białek, które są niezbędne do funkcjonowania neuronów u ośmiornic. Pierwsze białko, kinezyna-1, przenosi ładunek wzdłuż długich gałęzi neuronów. Stwierdzono, że edycja RNA zmienia szybkość, z jaką ta cząsteczka się przemieszcza. Podobnie, zmienia ona reaktywność białka zwanego synaptotagminą, które umożliwia komunikację między neuronami.

Ośmiornice wykorzystują genetyczne majsterkowanie nie tylko w celu aklimatyzacji?

.Rosenthal podejrzewa, że głowonogi prawdopodobnie wykorzystują tę formę genetycznego majsterkowania, aby dostosować się do zmian na wiele sposobów, znacznie wykraczających poza aklimatyzację do zimnej wody. „Myślę, że to wierzchołek góry lodowej” – mówi o wynikach tego badania. Może to częściowo wyjaśnić, w jaki sposób organizmy te osiągnęły wyrafinowane zachowanie. Ośmiornice, na przykład, mogą rozwiązywać mechaniczne łamigłówki i naśladować kolory i tekstury, aby się zakamuflować. Zdolności takie jak te wymagają układów nerwowych składających się ze złożonego zestawu białek. „Jakich mechanizmów używają ośmiornice do tworzenia tej złożoności? Wierzę, że edycja RNA jest jednym z nich” – mówi Rosenthal.

Zachowania ratownicze u zwierząt

.Na temat zachowań altruistycznych i ratowniczych u poszczególnych gatunków zwierząt na łamach „Wszystko Co Najważniejsze” pisze prof. Ewa J. GODZIŃSKA w tekście „Czego możemy nauczyć się od zwierząt?„.

„Ważną podkategorią ryzykownych zachowań altruistycznych są tak zwane zachowania ratunkowe, czyli przychodzenie z pomocą konkretnym osobnikom, które znalazły się w niebezpieczeństwie. W r. 2002 polscy badacze Wojciech Czechowski, Ewa J. Godzińska i Marek Kozłowski zainicjowali współczesne badania takich zachowań, opisując, jak robotnice trzech gatunków mrówek ratują towarzyszki atakowane przez drapieżne larwy mrówkolwa. Szerokie spektrum zachowań ratunkowych zostało też opisane u wielu innych gatunków mrówek i u licznych kręgowców, takich jak różne gryzonie i naczelne, słonie, mangusty, psy, dziki, walenie i niektóre ptaki. W badaniach tych obserwowano i analizowano nie tylko przychodzenie z pomocą osobnikom zaatakowanym przez drapieżnika, lecz również pomoc w uwalnianiu się z różnych naturalnych i sztucznych pułapek”.

„Ofiarność i gotowość do angażowania się w ryzykowne akcje na rzecz innych osobników nie jest naiwnością, lecz ważnym przystosowaniem. Jest tak dlatego, że dla każdego osobnika ważniejsze od indywidualnego przeżycia jest tzw. dostosowanie łączne, czyli łączna zdolność do przekazania swoich genów kolejnym pokoleniom, niezależnie od tego, czy są one ulokowane w jego własnym ciele, czy też w ciałach innych osobników. Jedną z najważniejszych form altruizmu jest więc nepotyzm, czyli działania przynoszące korzyść krewnym altruisty. Drugim ważnym czynnikiem decydującym o opłacalności zachowań altruistycznych jest gotowość ich beneficjentów do odwzajemniania uzyskanych przysług”.

.”Ofiarność i rycerskość podobają się płci przeciwnej. Zwierzęta mogą jednak zachowywać się w sposób altruistyczny także z innych powodów. Ryzykowne zachowania altruistyczne stanowią bowiem sygnał wysokiej jakości osobnika i w związku z tym mogą przynosić mu korzyści poprzez podnoszenie jego atrakcyjności dla płci przeciwnej. Zjawisko to zostało dobrze udokumentowane między innymi przez długoletnie badania zachowań dżunglotymali arabskich. Ptaki te uprawiają lęgi zespołowe, w których osobniki podporządkowane nie mają bezpośredniego dostępu do rozrodu, lecz pełnią funkcję pomocników pomagających w wychowywaniu potomstwa osobników dominujących. Dżunglotymale odstraszają wrogów naturalnych, w szczególności jadowite węże, stosując wobec nich tak zwane nękanie, czyli celowe przybliżanie się do intruza i konfrontację z nim. Nękanie węży to niesłychanie ryzykowne zadanie. Jednak tylko te ptaki, które nie stronią od udziału w takich odważnych akcjach, mogą zdobyć tak zwany prestiż społeczny, bez którego nie są w stanie uzyskać dostępu do rozrodu. W związku z tym nawet osobniki dominujące, które uzyskały już dostęp do rozrodu, konkurują aktywnie z osobnikami podporządkowanymi o możliwość pełnienia niebezpiecznej funkcji strażnika. Uwaga: różnica pomiędzy walką o dominację i poszukiwaniem prestiżu społecznego polega na tym, że w pierwszym przypadku osobnik rywalizuje z członkami tej samej grupy społecznej, a w drugim walczy z zewnętrznymi wrogami swojej grupy, by w ten sposób obwieścić swoją wysoką jakość i stać się atrakcyjnym kandydatem na partnera do rozrodu” – pisze prof. Ewa J. GODZIŃSKA.