Геном вампира глубин: древняя связь между осьминогами и кальмарами

Международная команда исследователей из Университета Вены (Австрия), Национального технологического института — Колледжа Вакаямы (NITW; Япония) и Университета Симанэ (Япония) представила самый крупный из секвенированных на сегодня геном головоногого моллюска. Анализ, опубликованный в iScience, показывает, что вампировая кальмаро-каракатица (Vampyroteuthis sp.) сохранила элементы древней, кальмароподобной хромосомной архитектуры, что указывает на происхождение современных осьминогов от кальмароподобных предков.

Vampyroteuthis sp. — одно из самых загадочных животных глубоководья. Несмотря на название, оно не пьёт кровь, а питается органическим детритом.

"Интересно, что по-японски вампировая кальмаро-каракатица называется 'kōmori-dako', что означает 'летучая мышь-осьминог'", — отмечает один из ведущих исследователей проекта Маса-аки Ёсида (Университет Симанэ). Внешний вид скрывает более глубокую загадку: несмотря на классификацию среди осьминогов, она также имеет общие черты с кальмарами и каракатицами.

Чтобы понять этот парадокс, международная команда под руководством Олега Симакова (Университет Вены), Давина Сетьямарги (NITW) и Маса-аки Ёсиды (Университет Симанэ) расшифровала геном Vampyroteuthis sp.

Взгляд в эволюцию глубоководья

Секвенирование генома Vampyroteuthis sp. позволило реконструировать ключевую главу в эволюции головоногих. "Современные" головоногие (колеоиды) — включая кальмаров, осьминогов и каракатиц — разделились более 300 миллионов лет назад на две основные линии: десятирукие Decapodiformes (кальмары и каракатицы) и восьмирукие Octopodiformes (осьминоги и вампировая кальмаро-каракатица).

Несмотря на название и восемь рук, Vampyroteuthis sp. занимает промежуточное положение между этими линиями и сохраняет ключевые геномные черты, сходные с кальмарами. Хотя она относится к линии осьминогов, её геном впервые на хромосомном уровне выявил сохранение элементов более древней, кальмароподобной организации.

Огромный геном с древней архитектурой

Размер генома вампировой кальмаро-каракатицы составляет более 11 миллиардов пар оснований, что примерно в четыре раза больше человеческого генома и является крупнейшим среди проанализированных геномов головоногих. Несмотря на размер, её хромосомы демонстрируют удивительно консервативную структуру. Из-за этого Vampyroteuthis считается "геномным живым ископаемым" — современным представителем древней линии, сохранившим ключевые черты эволюционного прошлого.

Команда обнаружила, что Vampyroteuthis сохранила части декаподообразного кариотипа, в то время как современные осьминоги претерпели в ходе эволюции обширные слияния и перестройки хромосом. Эта консервативная геномная архитектура даёт новые подсказки о том, как разошлись линии головоногих.

"Вампировая кальмаро-каракатица находится прямо на границе между осьминогами и кальмарами", — говорит старший автор Олег Симаков (Университет Вены). — "Её геном раскрывает глубокие эволюционные секреты о том, как две поразительно разные линии могли возникнуть от общего предка".

Геномы осьминогов сформировали собственную эволюционную трассу

Сравнив геном Vampyroteuthis с другими секвенированными видами, включая пелагического осьминога Argonauta hians ("бумажный наутилус"), чей геном также был впервые представлен в этом исследовании, учёные смогли проследить направление хромосомных изменений во времени.

Анализ предполагает, что ранние колеоиды имели кальмароподобную хромосомную организацию, которая позже слилась и уплотнилась в геном современного осьминога — процесс, известный как fusion-with-mixing. Эти необратимые перестройки, вероятно, стали движущей силой ключевых морфологических инноваций, таких как специализация щупалец и утрата внешних раковин.

"Хотя она классифицируется как осьминог, вампировая кальмаро-каракатица сохраняет генетическое наследие, предшествующее обеим линиям", — добавляет второй автор Эмеше Тот (Университет Вены). — "Это даёт нам прямой взгляд на самые ранние этапы эволюции головоногих".

Пересмотр эволюции головоногих

Исследование предоставляет наиболее чёткое на сегодня генетическое доказательство того, что общий предок осьминогов и кальмаров был более похож на кальмара, чем считалось ранее. Оно подчёркивает, что крупномасштабная хромосомная реорганизация, а не появление новых генов, была основным драйвером замечательного разнообразия современных головоногих.