물이 따뜻하든 차든지, 문어는 머리를 맑게 유지하기 위해 뇌의 RNA를 조정합니다: NPR

캘리포니아 두점박이 문어는 뇌의 RNA를 광범위하게 수정할 수 있어 따뜻한 물과 차가운 물 모두에서 깨끗한 머리를 유지할 수 있습니다.

Tom Kleindienst/해양생물학연구소

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캘리포니아 두점박이 문어는 뇌의 RNA를 광범위하게 수정할 수 있어 따뜻한 물과 차가운 물 모두에서 깨끗한 머리를 유지할 수 있습니다.

Tom Kleindienst/해양생물학연구소

문어는 호기심이 많고 영리합니다. 그들은 미로와 퍼즐을 풀고 도구를 사용할 수 있으며 변장의 달인입니다. 이러한 복잡한 능력은 고도로 발달된 거대한 두뇌에 의해 뒷받침됩니다.

이제 저널에서 셀연구원들은 문어가 환경 변화에 직면했을 때 유전 정보를 수정하여 뇌를 빠르게 재구성할 수 있다고 보고합니다.

이러한 발견은 이 형태를 바꾸는 생물의 놀라운 적응력에 대해 새로운 시각을 제시하고 과학자들이 우리 몸의 문제가 있는 돌연변이에 대한 치료법을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

문어는 잘 발달된 두뇌와 복잡한 신경계를 가진 지구상에서 가장 지능적인 무척추 동물 중 하나입니다. 다른 동물의 경우 이러한 큰 뇌는 일반적으로 주의해서 다루어야 합니다.

당신의 연약한 두뇌를 생각해보십시오. 그것은 두개골로 덮여 있고 산소가 넘치며 비교적 일정한 체온에서 작동하도록 설정되어 있습니다. “우리는 일정한 온도를 유지하기 위해 엄청난 양의 에너지를 소비합니다.”라고 그는 말합니다. 조쉬 로젠탈, 매사추세츠 주 우즈홀에 있는 해양생물학연구소의 신경생물학자. “그리고 우리의 신경계가 더 효율적으로 기능할 수 있도록 더 많이.”

너무 덥거나(고열이 있는 경우) 너무 추울 경우(저체온증이 있는 경우) 뇌가 퇴색하고 쇠약해지기 시작합니다. 이는 정상에서 몇 도 벗어난 것입니다. 그래서 우리 몸은 모든 것을 일정한 온도로 유지합니다.

문어에게는 이런 사치가 없습니다. 그들의 두뇌는 우리만큼 많은 보호가 필요하지만 그들은 온도가 약 20도 정도 변동할 수 있는 물에서 수영하는 물렁물렁한 몸에 있습니다.

Rosenthal은 “온도 변화에 직면하여 복잡한 신경계를 유지하는 것은 어렵습니다.”라고 말합니다. 이것은 도전 과제를 제시합니다.

신속한 유전자 변형

문어는 세포 안에 숨겨진 독특한 트릭으로 이 문제를 극복했습니다. 그것은 DNA를 우리 몸을 구성하는 단백질로 변환하는 데 사용되는 RNA라는 분자와 관련이 있습니다. 비유를 사용하기 위해 빵 한 덩어리를 만들고 싶고 요리책이 가득한 도서관에 들어갔다고 가정해 봅시다.

“이것은 같은 요리책입니다. 이미 절판되어 책을 바꿀 수 없습니다.” 매튜 버크, 세인트 프랜시스 대학의 생물학자. “하지만 내가 할 수 있는 것은 사본을 만들어 집에 있는 부엌으로 가져가서 빵을 굽는 것뿐입니다.

여기서 요리책은 하드코딩되어 변하지 않는 DNA이고, 빵은 몸이 만들고자 하는 단백질이고, RNA는 만드는 방법을 설명하는 레시피의 사본입니다. RNA는 그렇게 많이 변하지 않는 경향이 있습니다. 메신저일 뿐입니다.

하지만 버터와 같은 재료가 빠진 경우에는 어떻게 해야 할까요?

Rosenthal은 “그것이 당신이 가지고 있는 지침이라면 당신은 다소 압도당할 것입니다.”라고 말합니다. “하지만 오일이 잘 작동할 것이라는 것을 안다면 레시피를 조정하고 넣을 수 있다면 유연성이 생깁니다.”

물고기에서 새, 꿀벌, 인간에 이르기까지 대부분의 동물의 뇌에서는 RNA의 극히 일부만이 편집됩니다. 그러나 문어와 그 친척의 뇌에서 이것은 대규모로 발생하여 60% 이상에 영향을 미칩니다.

연구원들은 이 동물들의 환경에 있는 무언가가 온도와 같은 이 모든 조정을 일으키는지 궁금해했습니다. Burke는 스캔했을 때 축구공 크기의 캘리포니아 두 점박이 문어의 도움을 받아 실험을 수행하기로 결정했습니다.

Burke는 “그들은 일반적인 문어와 매우 흡사합니다.”라고 말했습니다. 그는 그들이 장난스럽고 위장에 능숙하다고 말합니다. 캘리포니아 남부와 멕시코 북부의 해안 서식지는 따뜻한 여름과 추운 겨울 사이를 진동합니다.

실험실에서 Burke는 문어의 절반을 찬물에, 나머지 절반은 따뜻한 물에 넣었습니다. 몇 주 후, 그는 그들의 뇌에서 RNA를 수집했습니다.

“우리는 변형된 서로 다른 단백질에 20,000개 이상의 서로 다른 사이트가 있음을 발견했습니다.”라고 Burke는 말합니다.

변화하는 온도에 반응하여 문어는 아마도 뇌가 제대로 기능하도록 유지하기 위해 뇌를 재구성했습니다. Burke가 여름과 겨울에 식초를 주입하여 수중 굴에서 씻어내어 개인을 모으는 야생에서도 마찬가지였습니다.

문어는 하루 안에 이러한 조정을 할 수 있습니다. 그것을 변화하는 데 세대가 걸리는 DNA와 비교하십시오. RNA는 보다 유연한 대안을 제공합니다.

조리법의 임시 사본을 수정하는 RNA 수정은 RNA가 세포에게 만들도록 지시하는 단백질에 변화를 일으킵니다. 문어의 경우 좋아하는 단일 유형의 단백질이 없습니다. 대신, 동물의 뇌에는 여러 버전의 여러 단백질이 있으며 각각 다른 시나리오에 적합합니다.

“이 연구는 같은 유기체에서 다른 조건에서 같은 유전자의 다른 단백질이 발현된다는 것을 처음으로 보여줍니다.” 엘리 아이젠버그, 텔아비브 대학의 물리학자. “그리고 그들은 아마도 외부 온도에 적절한 다른 기능적 행동을 가지고 있습니다.”

문어의 내면 생활

이러한 변화가 문어의 일상 생활에 어떤 영향을 미칠지는 아직 명확하지 않습니다.

“미래에 보게 될 멋진 것은 반응 속도와 위장 능력과 같은 다양한 유형의 변화에 ​​영향을 받는 행동의 종류입니다.”라고 그는 말합니다. 로빈 크룩연구에 참여하지 않은 샌프란시스코 주립 대학의 신경 과학자.

문어는 더 낮은 온도에서 더 많은 해방을 하기 때문에 Crook은 또한 이러한 전략이 기후 변화와 바다 온난화에 직면하여 도움이 되지 않을 수 있다고 지적합니다. 이 문어는 다양한 온도에서 기능할 수 있지만 “인간 활동의 결과로 인한 환경 변화로부터 실행 가능한 탈출 메커니즘”이 아닐 수도 있다고 그녀는 말합니다.

문어는 우리와 다른 삶을 살고 있지만 그들의 독특한 두뇌는 언젠가는 우리에게 유용할 수 있습니다.

“우리는 치료에 사용할 이 능력을 포착하는 방법을 알아내려고 노력하고 있습니다.” Burke가 설명합니다.

그는 문어가 우리에게 가르쳐 줄 것이 많다고 말합니다.

Burke는 “외부에서 뿐만 아니라 우리 모두가 볼 수 있는 것이 너무 멋지고 흥미 롭습니다. “라고 말합니다. “하지만 내부에서도.”