Kraken haben eine unglaubliche Möglichkeit gefunden, die empfindlicheren Teile ihres Nervensystems vor radikal wechselnden Temperaturen zu schützen.
Wenn die Bedingungen schwanken, können sie wichtige Proteine in ihren Nervenzellen schnell umkodieren und so dafür sorgen, dass wichtige neurologische Aktivitäten auch dann funktionsfähig bleiben, wenn die Temperaturen drastisch sinken.
Wie machen Sie das? Durch den Einsatz einer seltenen Superkraft – die spontane Bearbeitung ihrer RNA, eine Fähigkeit, die bei einigen Arten von Kraken, Tintenfischen und Tintenfischen zu finden ist.
Es ist eine ungewöhnliche Strategie, aber sie scheint effektiv zu sein, und Wissenschaftler glauben, dass sie in der gesamten Welt der Kopffüßer weit verbreitet sein könnte.
„Wir gehen im Allgemeinen davon aus, dass unsere genetischen Informationen festgelegt sind, aber die Umwelt kann Einfluss darauf haben, wie Proteine kodiert werden, und bei Kopffüßern geschieht dies in großem Umfang“, sagt der Meeresbiologe Joshua Rosenthal vom Marine Biological Laboratory der University of Chicago, leitender Autor des neuen Buches Forschung veröffentlicht in Zelle.
„Die RNA-Umkodierung gibt Organismen die Möglichkeit, eine vielfältige Menge an Proteinen zu exprimieren, wann und wo sie wollen. Bei Kopffüßern erfolgt die Umkodierung größtenteils für Proteine, die für die Funktion des Nervensystems wirklich wichtig sind. Daher stellt sich natürlich die Frage, ob sie dies dazu nutzen.“ sich an Veränderungen in ihrer physischen Umgebung gewöhnen?“
Unsere eigenen genetischen Überlebensanweisungen können sich ändern, aber das geschieht tendenziell langsam, mit generationsübergreifenden Anpassungen der DNA. Variationen im genetischen Code bestimmen die endgültige Form und Funktion einzelner Proteine, die unseren Körper aufbauen, einschließlich der Systeme und strukturellen Stützen in unserem Gehirn.
DNA stellt die Proteine jedoch nicht direkt her. Diese chemisch kodierten Anweisungen bleiben im Zellkern Ihrer Zellen und geben über ein Zwischenmolekül namens Messenger-RNA (oder mRNA) Vorlagen ab, die vom Zellkern in die umgebende Gänsehaut wandern, um dort in winzige Proteinaufbaumaschinen einzuspeisen.
Bei den meisten Organismen ist dies ziemlich einfach; Sobald die Vorlage ausgegeben wird, erfolgt keine Veränderung mehr an der RNA. Bei Kopffüßern sieht die Sache jedoch etwas anders aus.
Im Jahr 2015 fanden Wissenschaftler heraus, dass Tintenfische, Tintenfische und Oktopusse die RNA optimieren können, nachdem sie den Zellkern verlassen hat, indem sie sie im laufenden Betrieb bearbeiten und so eine schnelle physiologische Reaktion auf … was? ermöglichen.
Einige Wissenschaftler dachten, dass dies der Grund dafür sein könnte, dass Kopffüßer so seltsam und faszinierend intelligent sind, aber der Grund dafür ist uns nicht bekannt und hat die Wissenschaftler verblüfft.
Die Anpassung an vorübergehende Umweltveränderungen schien eine plausible Erklärung zu sein. Meeresorganismen sind unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt und Kraken verfügen nicht über die Fähigkeit zur aktiven Thermoregulierung. Die RNA-Bearbeitung würde die Möglichkeit bieten, sich je nach den Umständen immer wieder zu verändern, ohne die langfristige Implementierung und relative Dauerhaftigkeit der DNA-Bearbeitung.
Unter der Leitung des Meeresbiologen Matthew Birk vom Marine Biological Laboratory und der Saint Francis University stellte ein Forscherteam diese Annahme auf die Probe.
Ihre Motive waren kalifornische Zweifleck-Oktopusse (Oktopus bimaculoides), dessen gesamtes Genom erstmals 2005 sequenziert wurde, was es zu einem nützlichen Tier für das Verständnis genetischer Veränderungen macht.
Die Forscher akklimatisierten diese Kraken an warmes Wasser von 22 Grad Celsius (71,6 Fahrenheit) oder viel kühleres Wasser von 13 Grad Celsius (55,4 Fahrenheit) und verglichen dann ihre genetischen Informationen mit dem Datenbankgenom. Sie untersuchten gezielt über 60.000 bekannte Bearbeitungsseiten und fanden erstaunliche Ergebnisse.
„An etwa einem Drittel unserer Standorte – an über 20.000 einzelnen Orten – kam es zu temperaturempfindlichen Bearbeitungen. Das passiert also nicht hier oder da; es handelt sich um ein globales Phänomen“, sagt der Physiker Eli Eisenberg von der Universität Tel Aviv, Co-Senior Autor des Papiers.
„Dennoch passiert das nicht gleichermaßen: Proteine, die verändert werden, neigen dazu, neuronale Proteine zu sein, und fast alle Stellen, die temperaturempfindlich sind, werden in der Kälte stärker verändert.“
Die Veränderung schien also eine Reaktion auf die Gewöhnung an kaltes statt an warmes Wasser zu sein und wirkte sich auf neuronale Proteine aus, die insbesondere auf kalte Temperaturen empfindlich reagieren. Und Tests von Strukturproteinen, die für die Funktion des Nervensystems des Oktopus entscheidend sind – Kinesin und Synaptotagmin – ergaben, dass die bewirkten Veränderungen Auswirkungen auf ihre Funktion haben würden.
Es war möglich, dass das, was das Team beobachtete, das Ergebnis eines Laboraufenthalts war, also fingen sie wilde kalifornische Zweipunkt-Oktopusse und Verrills Zweipunkt-Oktopusse (Oktopus bimaculatus) im Sommer und Winter und überprüften auch ihre Genome. Diese Kraken wiesen ähnliche Muster der RNA-Bearbeitung auf, was darauf hindeutet, dass sie ihre Funktion für die aktuellen Temperaturbedingungen optimierten.
Das Team testete auch, wie schnell die Änderungen erfolgen. Sie haben die Temperatur im Aquarium eines Oktopus von 14 Grad Celsius auf 24 Grad Celsius oder umgekehrt angepasst und die Temperatur innerhalb von 20 Stunden in Schritten von 0,5 Grad erhöht oder gesenkt. Sie testeten das Ausmaß der RNA-Bearbeitung in jedem Oktopus kurz vor Beginn der Temperaturänderung, kurz danach und vier Tage später.
Es passiert sehr schnellfanden die Forscher heraus.
„Wir hatten keine wirkliche Vorstellung davon, wie schnell das passieren kann: ob es Wochen oder Stunden dauert“, erklärt Birk. „Wir konnten in weniger als einem Tag signifikante Veränderungen feststellen, und innerhalb von vier Tagen erreichten sie die neuen Steady-State-Werte, die man nach einem Monat erreicht.“
Diese Ergebnisse legen nahe, dass mindestens eine Funktion der RNA-Bearbeitung von Kopffüßern eine schnelle Reaktion auf Bedingungen ist, die andernfalls für die Tiere gefährlich sein könnten. Es gibt auch andere Umgebungsvariablen, die eine Reaktion auslösen könnten. Dazu gehören Sauerstoffmangel, Umweltverschmutzung und veränderte soziale Bedingungen.
Die Forscher vermuten, dass die RNA-Bearbeitung bei Kraken und Tintenfischen eine ziemlich weit verbreitete Strategie ist, um bei Veränderungen ihrer Umgebung am Leben zu bleiben, und planen, die Art und Weise, wie sie eingesetzt wird, genauer zu untersuchen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Zelle.