점핑 유전자로 문어와 해룡 퍼즐 풀기

점핑 유전자는 문어의 지능을 설명할 수 있다
점핑 유전자는 문어 지능을 설명하는 데 도움이 됩니다(Morten Brekkevold)

점프 유전자, 아카 트랜스포존은 우리 대부분에게 생소할 수 있지만 스쿠버 다이버들이 소중히 여기는 해양 생물인 문어와 해룡에 관한 최근 두 가지 연구에 등장하며 이러한 생물을 둘러싼 미스터리 중 일부를 설명할 수 있습니다.

트랜스포존은 세포에서 발견되는 DNA 지침 세트인 게놈 내에서 이동할 수 있는 능력을 가진 DNA 서열입니다. 트랜스포존은 분자 복사 및 붙여넣기 또는 잘라내기 및 붙여넣기 메커니즘을 사용하여 스스로 섞거나 복제할 수 있으며, 유전자 중간이나 근처에 삽입되면 급격한 유전적 변화를 일으켜 유전자가 정상적으로 작동하지 못하게 할 수 있습니다. 

트랜스포존은 인간 뇌 게놈의 45%를 차지하지만, 이제 무척추동물의 뇌에서 처음으로 발견되었습니다. 문어 – 그리고 그것은 입증된 높은 수준의 지능을 설명할 수도 있습니다.

이 연구는 트리에스테 소재 Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati(SISSA)의 Remo Sanges와 나폴리 소재 Stazione Zoologica Anton Dohrn(SZAD)의 Graziano Fiorito가 협력한 20명의 연구원으로 구성된 국제 팀에 의해 수행되었습니다. 

과학자들은 문어의 "매우 복잡한" 뇌와 인지 능력은 무척추동물들 사이에서 독특하며 두 일반 문어의 뇌에서 발견한 후 점프 유전자가 척추동물과 같은 복잡성의 열쇠라고 생각한다고 말합니다. 문어 (문어 vulgaris) 및 캘리포니아산 문어(문어 bimaculoides).

인간과 마찬가지로 일부 트랜스포존은 시간이 지남에 따라 돌연변이가 축적되어 비활성 상태인 반면, 일부 트랜스포존은 손상되지 않았지만 세포 방어 메커니즘에 의해 차단됩니다. 비록 트랜스포존의 단편과 깨진 사본도 진화의 원료를 제공할 수 있다고 연구원들은 말합니다. 

LINE(Long Interspersed Nuclear Elements)으로 알려진 가장 관련성이 높은 트랜스포손은 잠재적으로 활성 상태로 남아 있습니다. 이전에는 먼 과거의 흔적에 불과하다고 생각되었던 LINE 활동이 뇌, 특히 해마 영역에서 미세하게 조절되며 학습 및 기억과 같은 인지 능력과 연관될 수 있다는 사실이 최근 연구에서 밝혀졌습니다. 

문어 게놈에는 트랜스포존이 풍부합니다. 대부분은 비활성 상태이지만 복사 및 붙여넣기가 가능한 부분에 초점을 맞춘 최신 시퀀싱 기술을 사용하여 연구자들은 인지 능력에 중요한 문어 뇌의 일부에서 LINE 계열 요소를 식별했습니다. 

“나는 말 그대로 의자 위로 뛰어올라 현미경으로 관찰한 결과 수직엽, 즉 문어의 학습 및 인지 능력이 담당하는 뇌의 구조에서 이 요소의 활동에 대한 매우 강한 신호를 보았습니다. 인간의 해마”라고 SZAD의 Giovanna Ponte는 말했습니다. 

Sanges는 “두 문어 종의 뇌에서 활동하는 LINE 계열 요소의 발견은 매우 중요합니다. 왜냐하면 이러한 요소가 복사하여 붙여넣는 것 이상의 특정 기능을 가지고 있다는 아이디어를 뒷받침하기 때문입니다.”라고 Sanges는 말했습니다. 이 연구는 BMC 생물학.

씨드래곤의 모습

잎이 많은 해룡
잎해룡(Lecates)

호주에서만 야생에서 발견되는 해룡의 경우, 오레곤 대학의 과학자들에 따르면 트랜스포존은 수중 사진작가들이 그토록 높이 평가하는 독특한 모습을 설명할 수 있다고 합니다. 

과학자들은 풀이 많은 해룡과 잎이 많은 해룡의 게놈 서열을 분석함으로써 다른 척추동물의 얼굴, 치아, 부속 기관 및 신경계 일부의 발달을 지시하는 주요 유전자 그룹이 누락되어 있음을 발견했습니다. 

연구 조교인 Clay Small 교수는 "시드래곤은 이미 이상한 물고기 그룹에 속하는 이상한 동물입니다."라고 말했습니다. 신나트과 가족, 해마, 실고기. 

Small과 공동 연구를 주도한 수석 연구원 Susie Bassham은 “머리와 얼굴과 같은 것들이 진화에 얼마나 쉽게 적응할 수 있는지에 많은 관심이 있습니다.”라고 말했습니다. "그리고 해룡은 상당히 빠르게 진화해왔기 때문에 극단적인 차이 때문에 그런 종류의 질문에 대한 좋은 사례 연구가 될 수 있습니다." 그녀는 해마와 실고기와 함께 약 50천만년 전에 갈라져 나왔는데, 이는 "진화론적 기준으로 볼 때 비교적 최근의 일"이라고 말했습니다.

스크립스 연구소(Scripps Research)의 자작나무 수족관(Birch Aquarium)과 테네시 수족관(Tennessee Aquarium)을 통해 드물게 조직 샘플에 접근한 연구자들은 해룡의 유전자 서열과 해마 및 실고기의 유전자 서열을 분석했습니다. 제브라피시, 큰가시등 등 경골어류에 비해 신나트과 발달을 안내하는 유전자가 결여되어 있었지만, 친척과 달리 해룡은 평소보다 더 많은 양의 트랜스포존을 함유하고 있었습니다. 

잡초 해룡
위디 해룡(존 턴불)

특수 X선 현미경을 사용하여 3cm 크기의 해룡의 고해상도 30D 이미지를 포착했습니다(Phyllopteryx taeniolatus). 그것은 해룡 뼈의 가장 세밀한 부분을 드러내는 완전한 그림을 형성하기 위해 이미지를 함께 연결하여 여러 섹션으로 스캔되었습니다. 

Bassham은 “이전에 그런 식으로 해룡의 일부를 이미지화한 사람은 아무도 없었습니다.”라고 말했습니다. "우리는 잎이 많은 패들을 지지하는 구조가 가시를 정교하게 만든 것처럼 보였고, 살이 많은 부속물이 끝에 추가되었음을 알 수 있었습니다." 그녀는 이것이 장식용 부속물로 보이는 것이 가시에서 진화했다는 생각을 강화했다고 말했습니다.

연구팀은 해룡의 게놈 서열을 공개적으로 공개하면 이 이상한 생물이 어떻게 진화했는지 이해하고 보존하려는 노력에 도움이 되기를 바라고 있습니다. 그들의 연구는 국립 과학 아카데미 학회 논문집.

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