Indiferent dacă apa este caldă sau rece, caracatițele modifică ARN-ul din creier pentru a menține capul curat – NPR

Caracatițele sunt curioase și deștepte. Ei pot rezolva labirinturi și puzzle-uri, pot folosi unelte și sunt maeștri ai camuflajului. Aceste abilități complexe sunt alimentate de creierul lor sofisticat și gigant.

Acum, în jurnal Celulăcercetătorii raportează că caracatițele sunt capabile să editeze informații genetice pentru a resculpa rapid acele creiere atunci când se confruntă cu schimbări în mediul lor.

Aceste descoperiri aruncă o lumină nouă asupra adaptabilității incredibile a acestor creaturi care își schimbă forma și ar putea ajuta oamenii de știință să proiecteze terapii pentru mutațiile problematice din propriul nostru corp.

Caracatițele sunt considerate una dintre cele mai inteligente animale nevertebrate de pe planetă, cu creier sofisticat și sisteme nervoase complexe. La alte animale, astfel de creiere mari trebuie de obicei tratate cu grijă.

Gândește-te doar la propriul tău creier fragil. Este învelit într-un craniu, scăldat în oxigen și reglat pentru a funcționa la o temperatură a corpului relativ stabilă. „Cheltuim o tonă de energie menținând o temperatură constantă”, spune Josh Rosenthal, neurobiolog la Laboratorul de Biologie Marină din Woods Hole, Massachusetts. „Și o mare parte din aceasta este pentru ca sistemul nostru nervos să poată funcționa mai eficient”.

Prea cald (cu febră) sau prea frig (cu hipotermie) și creierul nostru pulverizează și începe să cedeze – și asta este la doar câteva grade față de normă. Deci corpurile noastre mențin totul la o temperatură constantă.

Caracatițele nu au acest lux. Creierul lor necesită la fel de multă păstrare ca și al nostru, dar se află în corpuri zgomotoase care înoată în apă a căror temperatură poate fluctua cu aproximativ 20 de grade.

„Este dificil să menții un sistem nervos complex în fața schimbării temperaturii”, spune Rosenthal. „Și asta prezintă provocări”.

Modificarea rețetelor genetice din mers

Caracatițele au depășit această provocare cu un truc unic ascuns în interiorul celulelor lor. Are de-a face cu o moleculă numită ARN, care este folosită pentru a ajuta la traducerea ADN-ului în proteinele care formează corpul nostru. Pentru a folosi o analogie, să presupunem că vrei să faci o pâine și intri într-o bibliotecă plină cu cărți de bucate.

„Cartea aceea de bucate în sine, este deja tipărită și nu pot schimba cartea”, spune Matthew Birk, biolog la Universitatea Saint Francis. „Dar ceea ce pot face este să fac o copie, să o iau acasă în bucătărie” și să coac pâinea acolo.

Aici, cărțile de bucate sunt ADN-ul, care este codificat și nu se schimbă, pâinea este proteina pe care corpul tău vrea să o producă, iar ARN-ul este copia rețetei care explică cum se face. ARN-ul nu tinde să se schimbe atât de mult. Este doar mesagerul.

Dar ce se întâmplă dacă îți lipsește un ingredient, cum ar fi untul?

„Dacă acestea sunt instrucțiunile pe care le ai, ești cam scufundat”, spune Rosenthal. „Dar dacă știi că uleiul ar funcționa la fel de bine – dacă ai putea edita acea rețetă și ai pune-o, atunci asta îți oferă flexibilitate.”

În creierul majorității animalelor – de la pești la păsări la albine la oameni – doar câteva procente din ARN-uri sunt editate. Dar în interiorul creierului caracatițelor și rudelor lor, se întâmplă la scară masivă, afectând mai mult de 60%.

Cercetătorii s-au întrebat dacă ceva în mediul acestor animale ar putea determina toate aceste modificări, cum ar fi temperatura. Birk a decis să desfășoare un experiment cu ajutorul caracatiței cu două puncte din California, care, atunci când este strâns, are aproximativ dimensiunea unei mingi de fotbal.

„Seamănă foarte mult cu caracatița ta tipică”, spune Birk, „deși are două pete albastre irizate pentru a încerca să sperie un prădător”. Spune că sunt răutăcioși și buni la camuflare. Și habitatul lor de coastă din sudul Californiei și nordul Mexicului oscilează între veri calde și ierni răcoroase.

În laborator, Birk și-a pus jumătate din caracatițe în apă mai rece și jumătate în apă mai caldă. După câteva săptămâni, a colectat ARN din creierul lor.

„Am descoperit că au fost editate peste 20.000 de locații diferite pe diferite proteine”, spune Birk, cu mai multe modificări în condițiile mai reci.

Adică, ca răspuns la schimbările de temperatură, caracatițele și-au remodelat creierul, probabil pentru a le menține să funcționeze corect. Același lucru a fost valabil și în sălbăticie, unde Birk a colectat indivizi vara și iarna, spălându-i din bârlogurile lor subacvatice cu stropi de oțet.

Caracatițele sunt capabile să facă aceste modificări în mai puțin de o zi. Compară asta cu ADN-ul, care necesită generații pentru a se schimba. ARN-ul oferă o alternativă mai flexibilă.

Modificarea ARN-urilor – editarea copiilor temporare ale rețetelor – duce la modificări ale proteinelor pe care le instruiesc celulei să le facă. Pentru caracatițe, nu există o versiune unică și preferată a unei proteine. Mai degrabă, există mai multe versiuni ale numeroaselor proteine ​​în creierul animalului, fiecare potrivită unui scenariu diferit.

„Acest studiu arată pentru prima dată că în același organism, în condiții diferite, exprimă proteine ​​diferite din aceeași genă”, spune Eli Eisenberg, fizician la Universitatea din Tel Aviv. „Și au un comportament funcțional diferit, care se presupune că se potrivește temperaturii externe”.

Viața interioară a unei caracatițe

Încă nu este clar cum ar putea afecta aceste schimbări o caracatiță în viața de zi cu zi.

„Ceea ce ar fi plăcut de văzut în viitor este ce tipuri de comportamente sunt afectate de aceste diferite tipuri de schimbări – vitezele lor de reacție, capacitatea lor de a se camufla”, spune Robyn Crook, neurobiolog la Universitatea de Stat din San Francisco, care nu a fost implicat în cercetarea.

Deoarece caracatițele fac mai multe editări la temperaturi mai scăzute, Crook subliniază, de asemenea, că strategia ar putea să nu le ajute în fața schimbărilor climatice și a încălzirii oceanelor. Deși aceste caracatițe pot funcționa într-o gamă de temperaturi, ea spune că este posibil să nu fie „un mecanism viabil pentru a scăpa de schimbările de mediu ca urmare a activității umane”.

În ciuda faptului că caracatițele trăiesc vieți atât de diferite decât noi, creierul lor unic s-ar putea dovedi într-o zi util pentru noi.

„Încercăm să ne dăm seama cum să captăm această capacitate de a o folosi în scopuri terapeutice”, explică Birk, cum ar fi reducerea durerii sau repararea mutațiilor dăunătoare care provoacă boli.

Caracatițele, spune el, au multe de învățat.

„Sunt fascinante și interesante, nu doar în exterior, unde putem vedea cu toții”, spune Birk. — Dar și pe dinăuntru.