Генетичний портрет рідкісного «вампірного кальмара» відкрив несподівану сторінку в еволюції головоногих: хоча цей організм належить до групи, що включає восьминогів, його хромосоми нагадують будову хромосом кальмарів і каракатиць. Дослідники, які вперше зчитали повний геном Vampyroteuthis infernalis, вважають, що цей вид зберіг багато давніх генетичних рис, а отже може пролити світло на те, як мільйони років тому розійшлися шляхами еволюції восьминогі та двопарні головоногі.
Що виявили вчені
У статті, опублікованій 27 листопада в журналі iScience, команда під керівництвом дослідників із Віденського університету представила розшифровку геному вампірного кальмара. Загальний розмір його геному – близько 11 мільярдів пар основ, тобто майже вчетверо більше за людський геном і найбільший серед послідовно зчитаних геномів головоногих на сьогодні. Найважливіше: організація хромосом у вампірного кальмара значною мірою нагадує ту, що притаманна кальмарам і каракатицям, тоді як сучасні восьминоги відзначаються постійними реаранжуваннями ДНК і змішуванням хромосомних сегментів.
Що це означає для еволюційної історії
Зіставлення геномів дає змогу уявити, яким міг бути спільний предок сучасних кальмарів і восьминогів близько 300 мільйонів років тому, коли їхні еволюційні гілки розходились. Той факт, що вампірний кальмар зберіг «древню» хромосомну структуру, підсилює уявлення про нього як про «живого викопного» – організм, який зберігає риси ранніх форм життя, що вже зникли в інших лініях головоногих.
Як робили дослідження
Зразок тканини для секвенування отримали з улову як випадковий прилов у західній частині Тихого океану під час наукової експедиції. Через рідкість тварини у відкритому морі дослідникам не вдалося зібрати багато матеріалу для порівняння, тож робота базувалася на єдиному, але ретельно опрацьованому зразку. Для зчитування ДНК застосували платформу PacBio, що дає довгі прочитування і краще підходить для складання величезних і складних геномів з великою кількістю повторів.
Технічні нотатки про методи
PacBio (Pacific Biosciences) – технологія секвенування довгих фрагментів ДНК, яка дозволяє відтворити великі ділянки геному без численних переплетень, властивих короткочитувальним методам. Саме завдяки такому підходу вдалося зібрати 11-мільярдну послідовність і вивчити порядок хромосом, що дав дослідникам змогу порівняти архітектуру геному Vampyroteuthis infernalis з архітектурами інших головоногих.
Порівняння з іншими головоногими
У роботі геном вампірного кальмара порівнювали з геномами кількох інших видів: аргонат (Argonauta hians), звичайний восьминіг (Octopus vulgaris) та кучерявий восьминіг (Eledone cirrhosa). Кожен із цих представників має свої особливості: арґонат відомий як “паперовий” морський молюск, де самиці формують тонку мушлю; Octopus vulgaris – типовий мешканець прибережних вод Середземного моря та Атлантики, відомий високим рівнем інтелекту; Eledone cirrhosa – вид, поширений у північно-східній частині Атлантики, з відмінною морфологією щупалець.
Що відрізняє вампірного кальмара
Vampyroteuthis infernalis – дивовижний мешканець великих глибин: його очі сяють ледве примарним світлом, тіло темно-рубінового відтінку, а між восьми щупальцями інколи помітна своєрідна «накидка», що наводила вчених на думку про вампірський плащ. Відкритий уперше на початку XX століття (1903 рік), він довгий час бентежив дослідників: спочатку його плутали з іншими групами восьминогих через унікальну вебку між щупальцями, потім у 1950-х роках відвели в окремий таксон – порядок Vampyromorphida.
Мешкання і спосіб життя
Вампірні кальмари мешкають у поясах з низьким вмістом кисню на великих глибинах, де світло ледь проникає. Вони рідкісні, самітні і важко пристосовуються до умов в акваріумах, що суттєво ускладнює дослідження живих особин у лабораторних умовах. Саме тому повний геном такого організму має високу наукову цінність – він дає доступ до внутрішньої історії виду, яка інакше залишалася б недослідженою.
Хто працював над дослідженням та що кажуть експерти
Одним з провідних авторів роботи є Олег Сімаков із відділу нейронаук і ембріології Віденського університету. Він наголошує, що результат пояснює, чому вампірний кальмар зберіг багато рис, притаманних кальмарам. Бруc Робісон, старший науковий співробітник Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), який не брав участі у дослідженні, вітає відкриття: воно пояснює, чому цей вид здався багатьом «відносно давнім» – збережена генетична архітектура підтверджує, що він ніби зупинився на еволюційній гілці, що відокремилася дуже давно.
Про установи та фахівців
Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), розташований у Мосс-Лендінґ (Каліфорнія), має тривалий досвід глибоководних спостережень і досліджень морської фауни. Інститути такого типу оснащені підводними апаратами і системами для відбору біологічного матеріалу з великих глибин – ресурси, котрі потрібні для знаходження і фіксації рідкісних видів, подібних до вампірного кальмара. Водночас Віденський університет відомий своїми роботами в галузі розвитку нервової системи та еволюційної біології, що робить його природним майданчиком для інтерпретації масштабних геномних даних.
Чому це важливо для науки
Повний геном вампірного кальмара не лише демонструє вражаючий розмір і консервативну структуру хромосом, але й створює опору для майбутніх порівнянь: як саме розпочався процес реорганізації ДНК у предків восьминогих, які генетичні зміни супроводжували появу їхньої поведінкової та морфологічної гнучкості – усе це стає більш прозорим. Крім того, такий геном допомагає у виявленні генів, що визначають особливості адаптацій до життя в умовах малої доступності кисню і слабкої освітленості глибокого моря.
