Das ausgeprägte Gehirn der Oktopusse könnte damit zusammenhängen, wie sich ihre DNA faltet und normalerweise weit voneinander entfernte Regionen zusammenbringt.
Oktopusse, Tintenfische und Kalmare sind wie Schnecken Weichtiere. Dennoch verfügen sie über ein hochentwickeltes Nervensystem und können erstaunliche Verhaltensweisen zeigen. Um diese Entwicklung zu verstehen, suchen Forschende nicht mehr nur danach, welche Gene diese Tiere besitzen. Sie untersuchen auch, wie diese Gene genutzt werden.
Der Müll des einen ist der Schatz des anderen
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DNA ähnelt oft einer langen, aufgewickelten Leiter, doch diese Darstellung zeigt nur einen kleinen Teil ihrer Organisation. In den Zellen faltet sich dieses Molekül weiter in sich selbst, damit es in den Zellkern passt. Zwei entlang der Kette weit voneinander entfernte Abschnitte können dadurch im Raum direkt nebeneinanderliegen.
Diese Annäherung hat Folgen. Einige DNA-Abschnitte stellen keine Proteine her, sondern sind an der Steuerung anderer Gene beteiligt. Wenn eine Faltung sie mit den richtigen Regionen in Kontakt bringt, können sie die Aktivität dieser Gene verändern, insbesondere während der Entwicklung eines Organs.
Ein Team verglich diese Organisation bei drei Kopffüßern: einem Oktopus, einem Tintenfisch und einem kleinen Kalmar. Es kartierte die Kontakte zwischen verschiedenen DNA-Regionen und untersuchte anschließend, welche Gene in mehreren Geweben und in unterschiedlichen Entwicklungsstadien aktiv waren.
Die Forschenden stellten fest, dass viele große Bereiche des Genoms eine gemeinsame Organisation bewahren. Hunderte kleinere Schleifen unterscheiden sich dagegen je nach Art, Gewebe oder Wachstumsphase. Diese Schleifen entsprechen Kontakten zwischen Regionen, die auf der DNA-Kette manchmal sehr weit voneinander entfernt liegen.
Diese Unterschiede könnten auf alte Veränderungen in den Chromosomen zurückgehen. Im Laufe der Evolution der Kopffüßer veränderten große DNA-Abschnitte ihren Platz oder wurden anders zusammengesetzt. Dadurch konnten neue Bereiche miteinander in Kontakt kommen und an der Steuerung von Genen beteiligt sein, die zuvor nicht auf diese Weise reguliert wurden.
Das Team testete die Rolle einer regulatorischen Region außerdem direkt mithilfe einer genetischen Veränderung. Ihre Entfernung störte Prozesse, die mit der Entwicklung des Nervensystems zusammenhängen. Dieses Experiment zeigt, dass zumindest einige dieser Kontakte zwischen DNA-Regionen eine tatsächliche biologische Funktion haben und nicht nur eine besondere Form darstellen.
Eine Spur zum Ursprung der Intelligenz der Oktopusse? Ihr Verhalten hängt von zahlreichen Faktoren und einer langen Evolutionsgeschichte ab. Künftige Studien müssen klären, welche DNA-Schleifen genau an der Bildung ihrer verschiedenen Nervenschaltkreise beteiligt sind und wie sie während der Entwicklung auf die Gene wirken.