Was Oktopussen ihr großes Gehirn verlieh

Tintenfische sind hochintelligente Tiere mit komplexen Nervensystemen. Doch warum die Gehirne dieser Kopffüßer diesen für Wirbellose ungewöhnlichen Entwicklungsstand erreicht haben, ist nur teilweise erklärt. Forscher haben jetzt möglicherweise einen wichtigen Faktor in diesem Fall entdeckt. Dementsprechend sind im Nervengewebe der Tintenfische ungewöhnlich viele microRNAs aktiv – kleine RNA-Stücke, die die Produktion von Proteinen regulieren können. Wissenschaftler fanden heraus, dass die Sammlung dieser microRNAs in Kopffüßern die drittgrößte im Tierreich und die größte in Wirbellosen ist. Dies könnte die Intelligenz dieser Tiere erklären.

Der Tintenfisch ist einzigartig – kein anderes Wirbelloses Tier hat ein so komplexes Nervensystem und eine so hohe Intelligenz entwickelt. Diese Kopffüßer haben ein zentrales Gehirn, aber auch ein peripheres Nervensystem, das einigermaßen autonom funktionieren kann: Wenn sie ihren Tentakel verlieren, bleibt er berührungsempfindlich und kann noch zucken. Oktopus, Tintenfisch und Artgenossen sind außerdem sehr lernfähig, neugierig und haben ein starkes Gedächtnis. Sie können sogar zählen und Werkzeuge verwenden, um zum Beispiel Muscheln zu öffnen. „Sie sagen, wenn Sie einen Außerirdischen treffen wollen, gehen Sie tauchen und freunden Sie sich mit einem Oktopus an“, sagt Seniorautor Nicholas Rajewski vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin. Studien zeigen, dass die großen und komplexen Gehirne von Kopffüßern mit der Anzahl von Neuronen und Verbindungen zwischen Gehirnzellen in den Gehirnen von Hunden und anderen Wirbeltieren konkurrieren können.

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Sehen Sie sich Tintenfisch-RNA an

Aber warum das Tintenfischgehirn so viel weiter entwickelt ist als das anderer Wirbelloser, lässt sich nur teilweise erklären. Auf der Suche nach Antworten untersuchten Rajowski, sein Kollege Grigory Zolotarov und ihr Team die RNA-Aktivität in 18 verschiedenen Geweben des gemeinen Oktopus (Octopus vulgaris) und des kalifornischen Zweipunktkraken (Octopus bimaculoides). Es stellt sich heraus, dass die Boten-RNA, die für die Übertragung der genetischen Bauanleitung an die Proteinfabriken der Zelle zuständig ist, bei Kraken nicht auffällig ist. Eine Besonderheit wurde jedoch bei einem anderen RNA-Typ gefunden: Wie die Forscher feststellten, sind im Gewebe des Oktopus – und insbesondere im Nervengewebe und im Gehirn – ungewöhnlich viele microRNAs aktiv.

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Diese kleinen Ribonukleinsäurestücke enthalten keine proteinkodierenden Gene. Sie können jedoch an Boten-RNA binden und dadurch die Geschwindigkeit regulieren, mit der ihr Code in Protein übersetzt wird. Laut Zolotarov und Kollegen waren 90 bisher unbekannte Familien solcher microRNAs in zwei Tintenfischarten aktiv. Um herauszufinden, welche davon für alle Kopffüßer einzigartig sind und welche für den fortgeschrittenen Tintenfisch, verglichen die Wissenschaftler die mikroRNA-Repertoires von zwei Tintenfischen, dem Zwergkalmar Euprymna scolopes und dem primitiven Kopffüßer Nautilus. Von den 90 neuen microRNA-Familien wurden 12 in Nautilus und Zwergkalmar gefunden – sie stellen also die Grundausstattung von Kopffüßern dar, berichteten die Forscher. Im Gegensatz dazu wurden 43 microRNA-Familien nur in Tintenfischen und Zwergkalmaren gefunden, und weitere 35 Familien wurden nur in Tintenfischen gefunden.

Explosive Erweiterung des miRNA-Repertoires

Dementsprechend hat die Zahl der microRNAs während der Evolution von einfachen Kopffüßern wie Nautilus zu intelligenten und großhirnigen Tintenfischen stark zugenommen. “Dies ist die drittgrößte Erweiterung von microRNA-Familien im Tierreich und die größte Erweiterung über Wirbeltiere hinaus”, sagte Zolotarov. Kein anderes Wirbelloses Tier hat so viele microRNAs. Mit insgesamt 138 microRNA-Familien ist der Tintenfisch noch zahlreicher als das Wirbeltierhuhn. Als nächstes untersuchten Zolotarov und seine Kollegen, wo und in welchem ​​Ausmaß Oktopus-microRNAs aktiv sind. „Von den 43 für Oktopus einzigartigen Mikro-RNAs waren 34 in einem oder mehreren Nervengeweben aktiv“, berichten sie. Im Durchschnitt wurden sie in diesen Geweben 13-mal stärker exprimiert als in nicht-neuronalen Geweben.

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Das Team kommt zu dem Schluss, dass diese Erweiterung des Repertoires an regulatorischen RNA-Fragmenten entscheidend für die Entwicklung von Gehirnen und komplexen Nervensystemen bei Wirbellosen und Wirbeltieren ist. „Die bemerkenswerte Explosion von microRNA-Reservoiren in Tintenfischen könnte darauf hindeuten, dass microRNAs und ihre spezialisierten neuronalen Funktionen eng mit der Entwicklung komplexer Gehirne bei Tieren zusammenhängen – vielleicht sogar wesentlich sind“, sagen die Forscher. Wie genau kleine RNA-Stücke die Gehirnentwicklung steuern, müssen nun weitere Studien klären.

Quelle: Grigory Zolotarov (Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.add9938

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