Løser gåte om blekksprutens hjerne

DNA er arvestoffet som fins i alle celler. Det kalles arvestoff fordi det videreføres eller arves fra en generasjon til den neste. DNAet i cellene danner et gen, oppskriften på hvordan mennesker, dyr eller planter skal se ut og fungere. Det kan for eksempel være fargen på en blomst eller blodtypen til et menneske. Til sammen danner DNAet hele arvematerialet i en organisme, dette kalles et genom. Genomet inneholder er på en måte hele kokeboken med alle oppskriftene for å lage et menneske, et dyr eller en sopp.

En svamp i havet har en rekke gener som ligner på mennesker, mus eller fluer.

For omtrent 20 år siden klarte forskere å sette sammen hele kokeboka til mennesket. Og etter dette har forskerne klart å samle genomet til 6500 dyr fra hele verden, slik at vi nå vet alle oppskriftene på alle egenskapene til disse dyrene. Disse genomene lar oss nå sammenligne forskjellige organismer for å lære om det molekylære grunnlaget for en endeløs rekke dyreformer.

– Til tross for de første forventningene, så viser disse genomene at dyre-DNA er slående likt blant ulike arter. For eksempel har en svamp i havet en rekke gener som ligner på mennesker, mus eller fluer, sier forsker Bastian Fromm ved UiT Norges arktiske universitet.

Bastian Fromm, UiT Norges arktiske universitet.Foto: UiT

Han forteller at det heller ikke ser ut til at genomstørrelsen spiller noen rolle.

Så til tross for et stort sett likt verktøysett, skjer oppbyggingen av dyr på ulike måter ved å bygge forskjellige antall celletyper. Dette er spesielt tydelig hos organismer med høye kognitive evner og kompleks atferd som oss mennesker og blekkspruten.

Derfor forsøker forskere å finne forklaringen på ulikhetene i dyreverdenen et annet sted, nemlig i RNAet i cellene våre. Og det de finner er overraskende.

Blekksprutens hemmelighet

I en fersk forskningsstudie publisert i tidsskriftet Science Advances, har Fromm samarbeidet med kolleger fra Ukraina, Storbritannia, Italia, Belgia, USA og Tyskland for å studere RNA-biologi hos blekksprut.

Forskerne håpet å finne ut hemmeligheten bak blekksprutens adferd, ved å bestemme rekkefølgen på RNA-et til 18 forskjellige cellevev og hjerneområder til en vanlig blekksprut. Dette kalles sekvensering.

– Det fantes lite forskning om blekksprutens RNA fra før, kun et fåtall studier om deler av RNAet til dette dyret. Derfor bestemte vi oss for å se på hele RNAet fra mange cellevev på en gang, forklarer Grygoriy Zolotarov som ledet blekksprutstudien.

Gener slås av og på

RNA er små molekyler i cellen som har viktige oppgaver i produksjonen av proteiner og bidrar til hvilke gener som slås av og på hos dyr. RNA likner arvestoffet DNA og fins i alle celler i alle organismer. Men i motsetning til DNA som er dobbel-trådet er RNA enkelt-trådet. RNA lages fra oppskrifter i DNA-et.

Det finner ulike typer RNA. Den mest kjente er mRNA som fungerer som et mellomledd mellom gener og alle egenskapene til individet. Når proteiner skal lages i cellen blir genet først oversatt fra DNA til mRNA. Dette kan gi føre til nye former for proteiner og å skape mer mangfoldige proteiner.

En annen type RNA kalles mikroRNA. Det er det Bastian Fromm forsker på. Han leder en gruppe som forsker på evolusjon og mikroRNA ved Norges arktiske universitetsmuseum. Forskere tror at mikroRNA er molekylene som er ansvarlige for å lage nye og spesialiserte celler, spesielt nerveceller.

– RNAet som kalles mikroRNA fungerer som lysbrytere, eller dimmere som avgjør nøyaktige mengder proteiner i cellene våre som bestemmer celletype og utviklingen av kompleksitet, sier Fromm.

Inntil nylig har ingen av disse prosessene blitt studert hos blekksprut, og det var uklart hva som driver kompleksiteten til de kognitive evnene hos blekkspruten. De kognitive evnene er de evnene i hjernen som har med tenkning og forståelse å gjøre.

Store mengder mikroRNA

De første analysene av Zolotarev og kollegene hans gjorde i laboratoriet i Berlin var skuffende. Men da Bastian Fromm og hans samarbeidspartner Kevin J. Peterson fra Dartmouth College, i USA begynte å analysere mikroRNA-dataene, ble forskerne overrasket:

– Da vi kjørte våre første analyser på blekksprut-dataene, tenkte vi at det måtte være noe galt med utstyret vårt. Disse dyrene hadde flere mikroRNA enn fugler, sier Fromm.

Dette er utrolig, fordi vi vet at intelligens bare har utviklet seg uavhengig to ganger gjennom evolusjonen, og begge gangene ser det ut til å være drevet av mikroRNA.

Dette forklarer hvordan det er mulig at blekkspruter er mer intelligent enn de fleste fugler. Det ser ut til at antall mikroRNA dyr har i hjernen bestemmer hvor intelligente de er. Og blekkspruten har store mengder mikroRNA!

– Dette er utrolig, fordi vi vet at intelligens bare har utviklet seg uavhengig to ganger gjennom evolusjonen, og begge gangene ser det ut til å være drevet av mikroRNA, sier Fromm.

Les også: Verdens eldste DNA funnet i tannen til mammut

blekkspruter som sitter på skolebenken og lærer om RNA og sin egen hjerne — Ulike typer blekksprut lærer om mikroRNA og deres potensial til å utvikle mer komplekse hjerner, mens mens de mer primitive Nautilider som den fortsatt levende Nautilus og de utdødde Orthoceras venter utenfor ... og lærer ingenting. Illustrasjon: Grygoriy Zolotarov og Bastian Fromm.

Studerer blekksprut-embryoer

– Våre analyser bekreftet at blekkspruten har den største utvidelsen av mikroRNA vi kjenner utenfor pattedyrenes verden, sier Peterson.

Så hva brukes dette massive mikroRNA-verktøysettet til?

Flertallet av nye mikroRNA kommer til uttrykk i nervesystemet til blekkspruten. Noe som bekrefter blekksprutens høye intelligens og evne til å lære.

Fordi forskerne ble så entusiastiske over oppdagelsen om mikroRNA hos blekkspruten, så samlet de også inn data fra blekksprut-embryoer. Dette er embryoer som er i ferd med å utvikle seg til blekkspruter.

Våre analyser bekreftet at blekkspruten har den største utvidelsen av mikroRNA vi kjenner utenfor pattedyrenes verden.

Det viser seg at embryoer har den høyeste andelen av nye mikroRNA. Dette kan bety at mikroRNAene spiller en sentral rolle for å skape ulike typer celler under utvikling, sier Fromm.

– Denne studien er en milepæl når det gjelder å forstå kompleksiteten til organismer, og bekrefter at det er riktig å sette søkelyset på mikroRNA for fremtidig forskning for å forstå mer om hvorfor dyr er så utrolig forskjellige, sier Fromm.

Bludd, Ellen Kathrine ellen.kathrine.bludd@uit.no Kommunikasjonsrådgiver

Publisert: 25.11.22 20:00 Oppdatert: 21.09.23 14:52

Naturvitenskap