Вампирский кальмар раскрыл секрет хромосом осьминогов — всё оказалось не так, как думали

У кальмаров и каракатиц зафиксировали около 46 хромосом - учёные

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.

Почему число хромосом у головоногих так различается

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.

Вампирский кальмар как эволюционный посредник

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.

Раскол линий и хромосомные перестройки

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.

Гигантский и стабильный геном

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.

Сравнение геномов осьминогов и кальмара-вампира

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.

Плюсы и минусы геномной стабильности

Стабильность генома вампирского кальмара имеет как преимущества, так и ограничения. Она позволяет проследить древние этапы эволюции и служит надёжной точкой отсчёта для сравнительных исследований.

Плюсы: сохранение древней структуры, высокая ценность для эволюционной биологии, наглядность расхождения линий.
Минусы: меньшая гибкость генома и ограниченные возможности для быстрых адаптивных перестроек.

Советы шаг за шагом: как читать исследования о геномах

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.