У головоногих моллюсков ДНК упакована в разное число хромосом, и этот факт давно ставил учёных в тупик. Осьминоги, кальмары и каракатицы близки по происхождению, но их геномы заметно различаются. Новое исследование помогло понять, откуда взялась эта разница и какая линия эволюции изменилась первой. Об этом сообщает научное издание.
Хромосомы представляют собой компактные структуры, в которых хранится генетическая информация, и именно их организация определяет работу генома. У кальмаров и каракатиц обычно около 46 хромосом, тогда как у осьминогов их примерно 30. Подобные различия в компоновке ДНК всё чаще становятся ключом к пониманию эволюции, как это уже показывали работы о том, как геномы растений без фотосинтеза перестраивались без утраты жизнеспособности.
Долгое время было неясно, связано ли расхождение у головоногих с потерей хромосом или с их слиянием, и на каком этапе произошли решающие изменения. Ответ на этот вопрос оказался спрятан в геноме редкого глубоководного вида.
Секвенирование генома вампирского кальмара помогло восполнить этот пробел. Этот обитатель глубин внешне напоминает кальмара, но формально относится к осьминогам и занимает особое положение между двумя линиями. Его геном сохранил признаки, характерные сразу для обеих групп, что делает вид своеобразным "мостом" между ними.
"Интересно, что на японском языке кальмара-вампира называют kōmori dako, что означает "осьминог-летучая мышь”", — отметил Масааки Ёсида, Университет Симанэ.
Несмотря на мрачное название, этот вид питается в основном органическими частицами, медленно опускающимися в толще воды. С эволюционной точки зрения он оказался ещё ценнее, чем с экологической.
Головоногие моллюски разделились на две основные ветви более 300 миллионов лет назад. Одна привела к современным кальмарам и каракатицам, другая — к осьминогам и вампирскому кальмару. Геном последнего сохранил древний хромосомный "чертёж", близкий к исходному состоянию ранних колеоидов.
У осьминогов же после этого расхождения начались масштабные слияния и перестройки. Хромосомы объединялись, формируя новые структуры с перемешанными наборами генов. Подобные процессы — необратимые по своей природе — сегодня рассматриваются как важные маркеры эволюционной истории, сопоставимые по значимости с тем, как прыгающие гены у белых медведей отражают адаптацию к меняющемуся климату.
Геном вампирского кальмара превышает 11 миллиардов пар оснований и входит в число крупнейших среди животных. При этом он удивительно стабилен. Транспонируемые элементы активно увеличивали его размер, но не разрушили базовую структуру хромосом.
"Кальмар-вампир находится прямо на границе между осьминогами и кальмарами", — подчёркивает Олег Симаков.
Для сравнения, геномы осьминогов демонстрируют следы интенсивных слияний, которые повлияли не только на число хромосом, но и на регуляцию генов, связанных со специализацией щупалец и утратой раковины.
Геном кальмара-вампира отражает древнюю, более "кальмаровую" организацию хромосом, близкую к общему предку. Геномы осьминогов, напротив, состоят из смешанных хромосом, возникших после многочисленных слияний. Это различие помогает объяснить, почему осьминоги демонстрируют более сложное хромосомное переплетение, чем их глубоководный родственник.
Стабильность генома вампирского кальмара имеет как преимущества, так и ограничения. Она позволяет проследить древние этапы эволюции и служит надёжной точкой отсчёта для сравнительных исследований.
Обращайте внимание не только на число генов, но и на структуру хромосом.
Сравнивайте несколько родственных видов, чтобы видеть эволюционные переходы.
Учитывайте образ жизни и среду обитания — экология часто отражается в архитектуре генома.
Почему у осьминогов меньше хромосом, чем у кальмаров?
Из-за многочисленных слияний хромосом, произошедших после разделения эволюционных линий.
Чем уникален геном вампирского кальмара?
Он сочетает огромный размер с сохранённой древней структурой без масштабных перестроек.
Что оказалось важнее для эволюции — новые гены или их организация?
Исследование показывает, что решающую роль сыграли изменения в компоновке и регуляции генов, а не их количество.