Kraken gestalten ihr Gehirn neu, wenn ihnen kalt wird

Kraken gehören zu den intelligentesten und seltsamsten Tieren der Welt. Sie haben die gleiche Anzahl an Neuronen wie Hunde, aber mehr als die Hälfte dieser Zellen ist über die acht Arme des Kopffüßers verteilt und nicht im Zentralhirn enthalten.

Wie Forscher am 8. Juni berichteten Zelle, Von da an wird die neurologische Anomalie nur noch seltsamer. Und sie fanden heraus, dass Kraken diese Fähigkeit besitzen um ihre Neuronen neu zu kodieren Als Reaktion auf Temperaturänderungen produzieren diese Zellen unterschiedliche Proteine. So wie Menschen ihre Kleidung an das Wetter draußen anpassen, bearbeiten Kraken ihre RNA, ein genetisches Molekül, das DNA-Anweisungen für die Produktion von Proteinen – den Arbeitseinheiten von Zellen – enthält. Forscher glauben, dass diese „Gehirnanpassungen“ Kraken dabei helfen, sich an Hitze oder Kälte anzupassen, wenn die Jahreszeiten wechseln. Sie tun dies „in außergewöhnlichem Ausmaß“, sagt Co-Autor Joshua Rosenthal, Biologe am Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts.

Eine RNA-Modifikation tritt auf, wenn eine äußere Kraft bestimmte Enzyme in den Körperzellen aktiviert, die dann chemische Veränderungen an der RNA vornehmen. Abhängig von den Veränderungen produzieren die Zellen unterschiedliche Formen oder Isoformen der Proteine. Da es sich bei RNA um ein vergängliches Molekül handelt, sind alle Änderungen an der genetischen Information, die es trägt, nicht dauerhaft – eine Eigenschaft, die es theoretisch zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Anpassung an veränderte Umweltbedingungen unterwegs macht.

Die Veränderung der RNA beim Menschen beeinflusst die Proteinproduktion in weniger als 3 Prozent der Gene, wie Rosenthal und Kollegen zuvor herausgefunden haben Alle fortgeschrittenen KopffüßerartenDas heißt, alle Kopffüßer außer Nautilus können die meisten neuronalen Proteine ​​umkodieren.

Die Forscher wollten diese frühere Arbeit weiterverfolgen, um herauszufinden, welche Faktoren die RNA-Modifikation bei Kopffüßern beeinflussen könnten. Sie beginnen mit Temperaturänderungen, da es sich um eine direkte Umweltbedingung handelt, die saisonal oder sogar täglich schwankt.

Wissenschaftler sammelten zum ersten Mal Dutzende wildlebender kalifornischer Zweipunktkraken (Oktopus bimaculoides), einer Art, deren Genom bereits sequenziert wurde. Sie gewöhnten die Tiere an Becken mit entweder warmem oder kaltem Wasser. Nach mehreren Wochen untersuchten die Forscher rund 60.000 zuvor identifizierte Stellen im Genom der Tiere, an denen Enzyme die RNA verändern. Sie fanden heraus, dass sich etwa ein Drittel dieser Standorte verändert hatte und dass diese Veränderungen schnell erfolgten, im Zeitraum von Stunden bis zu einigen Tagen. „Wir erwarteten, hier und da einige Standorte zu sehen, die sich veränderten, aber nein, das war eine sehr globale Sache“, sagte Co-Autor Eli Eisenberg, ein Physiker an der Universität Tel Aviv, dessen Forschung sich auf RNA konzentriert.

Das Team stellte fest, dass fast alle Veränderungen auf die Kälte zurückzuführen waren. Zu diesen Veränderungen gehörten solche, die bestimmte Klassen von Proteinen kodieren, die an Zellmembranen, Synapsenfunktionen (die Nervensignale übertragen), Autophagie (programmierter Zelltod) und Kalziumbindung (die in Neuronen verschiedene Rollen spielt) beteiligt sind. Die Forscher bestätigten, dass die durch die veränderte RNA erzeugten Isoformen Funktionen veränderten, aber „wir wissen noch nicht, wie diese Tausenden von Veränderungen oder einige davon die Anpassung fördern“, sagt Eisenberg. „Das Verständnis der globalen Auswirkungen aller Änderungen in der Zeremonie bleibt künftigen Studien überlassen.“

Schließlich sammelte das Team auch wilde Kraken – darunter eine weitere eng verwandte Art, den Verrill-Zweipunktkrake (Oktopus Bimaculatus) – im Sommer und Winter. Die Forscher fanden heraus, dass diese Individuen die gleichen temperaturabhängigen RNA-bedingten Veränderungen aufwiesen wie die kalifornischen Zweipunktkraken, die sie im Labor testeten.

Im Gegensatz zu Menschen und anderen Säugetieren können Kraken ihre Temperatur nicht selbst regulieren. Die Forscher vermuten daher, dass die RNA-Bearbeitung eine Rolle dabei spielt, Neuronen von Wirbellosen vor Temperaturschwankungen zu schützen. „Ein Organismus entscheidet sich dafür, verschiedene Isoformen auszudrücken, und jede davon ist in ihrer eigenen Situation besser“, sagt Eisenberg. „Es gibt kein einziges Beispiel dafür, dass dies bei Säugetieren vorkommt.“

Heather Hundley, eine Biologin an der Indiana University Bloomington, die nicht an der Forschung beteiligt war, nannte die neue Arbeit „ein echtes Kraftpaket“.

„Diese Arbeit ergänzt die wachsende Datenmenge, die zeigt, dass die RNA-Bearbeitung dynamisch reguliert werden kann“, sagt sie. „Während sich frühere Arbeiten hauptsächlich auf die Regulierung während der Entwicklung und bei Krankheiten konzentrierten, zeigt diese Arbeit, dass die RNA-Bearbeitung als molekulare Methode zur Anpassung der Proteinfunktion als Reaktion auf Temperaturänderungen in der Umgebung dienen kann.“

Rosenthal, Eisenberg und ihre Kollegen planen, diese Art von Studie fortzusetzen, indem sie zusätzliche Faktoren untersuchen, die zu Veränderungen in der Proteinproduktion führen könnten, wie etwa pH-Wert und Sauerstoffgehalt oder das soziale Umfeld. „Wie umfassend ist diese Anpassungsfähigkeit durch RNA-Editierung?“ sagt Rosenthal. „Es gibt noch viel Interessantes zu tun.“