タコの知能が複雑な脳の進化に光を当てる

タコには中枢脳と末梢神経系の両方があり、独立して行動することができます。 [ニール・フリードマン]

タコとの遭遇は、多くの点で、惑星間の宇宙人との遭遇に最も近いものです。 しかし、新しい研究では、彼らの脳には人間の脳といくつかの驚くべき共通点があることが示されています。おそらく最も顕著なのは、マイクロRNA (miRNA) とそれが脳の発達において果たす役割の点です。 miRNA は複雑な脳の発達に重要である可能性があります。

「高度な認知機能を備えた複雑な脳は、脊椎動物でのみ進化している…タコなどの軟体頭足類という1つの例外を除いて」と、マックス・デルブリュック・センター（MDC-）ベルリン医療システム生物学研究所科学部長のニコラウス・ライェフスキー博士は指摘する。 BIMSB)、遺伝子調節要素のシステム生物学研究室の責任者。 「タコの脳は複雑な哺乳類の脳とは完全に独立して進化したため、これは重要です。」

Rajewsky 氏は、タコが RNA 編集に熟達しているという科学文献を読んだ後に研究を始めました。 したがって、おそらくタコは「RNAアーティスト」であり、他のRNAベースのメカニズムを進化させたのではないかと彼は仮説を立てた。 「これらのメカニズムを特定することは興味深いでしょう。タコの進化をよりよく理解するためだけでなく、人間での RNA 応用のための新しいツールを利用する可能性もあります」と Rajewsky 氏は言います。

彼は、死亡したタコの 18 種類の異なる組織におけるメッセンジャー RNA、非コード RNA、特に低分子 RNA のプロファイリングを行いました。 編集部位が重要な部位にマッピングされていないため、RNA 編集はそれほど興味深いものではないことが判明しましたが、研究者らは神経組織、主に脳内で 42 の新規 miRNA ファミリーを発見しました。

Rajewsky と彼のチームが特定した 42 の miRNA ファミリーは、人間と共有されていません。 実際、タコと人間の最も最近の共通祖先は、約 7 億 5,000 万年前に生息していた原始的な扁形動物でした。 これらの遺伝子はタコの進化の過程で保存されていたため、有益である可能性があります。 ここで問題となるのは、それらが正確にどのようなメリットをもたらすかということです。

タコは、開いた甲羅を保護や発射物として使用して変装して身を守り、後で使用するために集めて保管する能力や、よく知られている迷彩能力に代表される、独創的な考え方を持った好奇心旺盛な生き物です。 また、人や物を覚えており、明確な好みを持っています。 ブラジルの研究者チームは、夢さえ見られるかもしれないと考えている。

一部の研究者は、（他の動物のように）おやつによって動機付けられるわけではないと報告しています。 Rajewsky 氏が指摘するように、「彼らには個性があるので、おそらく、あなたが自分たちにご褒美として食べ物を与えようとしていることを彼らは理解しており、操作されることを嫌います。私は行動科学者ではありません。私はただ推測しているのですが、 「しかし、それは、私たちの概念とすぐには比較できない知性がそこにあるという事実を説明しています。」

「タコは特別な無脊椎動物です。タコの脳がどのように機能するかを研究することで、神経系に干渉したり、神経系をより深く理解したりするための新しいツールを学ぶことができるかもしれません」とラジュースキー氏はGENに語った。 研究者たちがこの動物の研究に興味を持っているのは明らかですが、この動物が次の実験用ネズミになる危険性はありません。 その脳は「他の動物の脳の中で最も遠い脳」です。

タコも研究が難しく、水族館が必要です。 Rajewsky は、分子相互作用を研究することで組織内の細胞の機能や疾患を理解する分子生物学に取り組んでいるシステム生物学者です。 「タコでこれを行うには、記述的な研究しかできません。動物を入れた水槽がないので、タコで分子実験を行うことはできません。」 また、既存のツールをタコの生化学に合わせて調整する必要もあります。 したがって、「タコで実験するつもりはない」と言う。 代わりに、ナポリの海洋ステーションから収集した凍結組織サンプルを分析します。

Rajewskyと彼のチームは、18のタコ組織にわたる転写後調節の主要なモードを定量化することから始めた。 彼らは、A-to-I編集はmiRNAの機能とは別のものであり、したがって機能的に重要な点ではmiRNAの機能を調節しないことを発見した。 具体的には、「…その編集のほとんどはmRNAのイントロンと3つの主要なUTRで起こった」と彼らは書いており、予想通り、選択的スプライシングは神経組織で最も高かった。 編集によってスプライス部位が変更されることはほとんどありません。 実際、トランスクリプトームは一般的に他の無脊椎動物のトランスクリプトームに似ていました。

研究者らが miRNA を調査したところ、タコが他の無脊椎動物から大きく進化したことが明らかになり、miRNA が 3' 非翻訳領域 (3' UTR) に結合していることがわかった。

タコのゲノムには 138 の miRNA ファミリーがあります。 Octopus vulgaris の miRNA を、約 5,000 万年前に最後に共通の祖先を共有した別の種 O. bimaculoides の miRNA と比較したところ、研究者らは 43 の新規 miRNA ファミリーが 2 つのタコ種とイカの間で共有されていることを発見しました。 (研究では、12 個の miRNA がイカとオウムガイの間で共有されており、別の 35 個の miRNA がタコ系統に限定されていることが示されています。)

論文では、これらの miRNA 部位は進化を通じて保存されていると述べており、研究者らは、保存は特定の組織における miRNA と miRNA 応答要素の間の機能的相互作用の結果であると示唆しています。

Rajewsky 氏は、この研究から学びたいことが 3 つあると述べています。

さらに進んで、ラジュースキー氏は他のタコ科学者のネットワークを形成して洞察を交換することを計画している。

ラジュースキーさんは、カリフォルニアのモントレーベイ水族館を訪れた後、タコに魅了され、水槽の一つにいるタコに「魅了」された。 「これは特別で知的な心だと感じています…そこで私は趣味でタコについての本を読みました。そして3年前、タコのRNA編集レベルが上昇しているという論文を読みました。RNAを編集するメカニズムが人間の中に存在します。」分子は再プログラムされ、RNA のヌクレオチド配列が変化します。

「突然、タコはRNA極限環境微生物ではないかと思いました。彼らがこの編集を行うのであれば、おそらく核RNAレベルで他のことも行うでしょう。」 それから彼は、「この驚くべき動物がどのように進化したかをより深く理解するためのプロジェクトに着手しました。おそらく、複雑な脳がどのように進化するかについての基本的なこと、そして RNA についての素晴らしいことも学べるかもしれません。」

彼が学んだことは、複雑な脳の発達における miRNA の役割についてのより深い理解への扉を開きます。 「それは長い間仮説が立てられてきたことです」とラジュースキー氏は言うが、今それがより明確になりつつある。 「おそらく、miRNA が脳内で私たちがまだ理解していない何かをしているとも言えます。」

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