Cephalopoda telah melanggar aturan dengan genom mereka
Cumi-cumi, gurita, dan sotong memiliki genom acak yang dapat membantu menjelaskan bagaimana cephalopoda ini mengembangkan sistem saraf paling rumit dari semua invertebrata.
Urutan genetik baru mengungkapkan bahwa gen hewan-hewan ini tercampur, diatur dalam urutan aneh yang tidak terlihat pada spesies non-cephalopoda lainnya. Pencampuran dan pencocokan DNA ini mungkin telah memberi evolusi kotak pasir baru untuk dimainkan, kata rekan penulis studi Caroline Albertin, seorang ahli biologi di Laboratorium Biologi Kelautan Universitas Chicago, kepada Live Science.
"Sebuah hipotesis adalah bahwa pengaturan gen baru ini menghasilkan pola ekspresi baru dan itu berarti gen ini dapat digunakan di tempat baru atau dengan cara baru," kata Albertin, merujuk pada proses gen yang "diekspresikan" atau diaktifkan ke membuat protein yang melakukan beberapa jenis pekerjaan dalam tubuh.
Peluang baru itu, pada gilirannya, dapat menjelaskan beberapa kemampuan luar biasa cumi-cumi dan gurita, seperti penglihatan tingkat lanjut atau lengan yang memiliki "otak" mereka sendiri.
Membaca genom cephalopoda
Para ilmuwan telah lama menduga bahwa hal-hal aneh sedang terjadi dalam genom cephalopoda. Pada tahun 2015, ketika Albertin dan rekan-rekannya mengurutkan genom gurita pertama, mereka berharap untuk melihat pola evolusi genetik yang mirip dengan banyak vertebrata: duplikasi. Selama sejarah panjang kehidupan di Bumi, semua vertebrata dengan rahang telah menyalin genom mereka dua kali, yang berarti bahwa mamalia, burung, ikan, amfibi, dan hiu semuanya telah mengumpulkan empat salinan genom asli. Beberapa dari gen yang disalin itu telah hilang, tetapi banyak yang dipinjam oleh evolusi untuk mengambil peran baru.
"Ini membuka seluruh taman bermain genomik untuk ditindaklanjuti oleh evolusi," kata Albertin. "[M]mungkin salah satu dari empat gen itu bisa meledak dan mulai melakukan sesuatu yang lain."
Masuk akal bahwa evolusi cephalopoda melibatkan proses duplikasi yang sama. Tetapi ketika mereka mulai menggali genom gurita, Albertin dan rekan-rekannya tidak menemukan bukti bahwa cephalopoda telah melakukan copy-paste genetik ini. Sekarang, tim telah melangkah lebih dalam, menggunakan teknologi pengurutan generasi berikutnya untuk mengumpulkan pembacaan tingkat kromosom dari dua cumi-cumi - cumi bobtail Hawaii (Euprymna scolopes) dan cumi-cumi pantai sirip panjang (Doryteuthis pealeii) - dan satu gurita - California dua -spot gurita (Octopus biamaculoides).
Dalam makalah yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada 21 April (buka di tab baru) dan 4 Mei (buka di tab baru), para peneliti menggunakan tiga metode pengurutan genom yang berbeda untuk memecahkan kode genom, termasuk metode lama yang canggih. membaca sekuensing yang dapat membaca ribuan pasangan basa DNA pada satu waktu. (Anak tangga dari molekul DNA seperti tangga terdiri dari pasangan basa nitrogen.) Jika genom adalah sebuah buku, atau, lebih tepatnya, serangkaian buku yang sangat panjang — cumi-cumi bobtail Hawaii memiliki 5,5 miliar pasangan basa dalam genomnya — pengurutan panjang-baca memungkinkan para ilmuwan membaca halaman alih-alih paragraf, kata Albertin.
Gen campur aduk, otak kompleks?
Hasil penelitian menunjukkan bahwa genom cephalopoda telah dikocok dan diacak. Rekan penulis studi Albertin, Hannah Schmidbaur dan Oleg Simakov dari University of Vienna dan rekan mereka membandingkan gen cephalopoda dengan ribuan gen serupa yang ditemukan di beragam spesies hewan. Mereka menemukan 505 blok dari tiga atau lebih gen yang terjadi bersamaan pada cumi-cumi dan gurita, tetapi tidak ditemukan bersama pada hewan lain. Jika gen A, B dan C biasanya ditemukan berdekatan pada Kromosom 5 pada siput dan ikan dan lalat buah, misalnya, mereka akan sering tersebar di tiga kromosom terpisah di cumi.
Temuan ini "membingungkan," kata Albertin, karena urutan gen biasanya tetap sama, bahkan di antara spesies yang berjauhan di pohon evolusi.
"Itu, bagi ahli biologi evolusi, menunjukkan ada alasan Anda menjaga urutan gen itu," katanya. "Dan cephalopoda tampaknya melanggar aturan ini."
Tidak jelas bagaimana cephalopoda melakukan ketidaktaatan genetik ini. Perebutan gen terjadi selama beberapa generasi cephalopoda dan ratusan juta tahun, kata Albertin, dan mungkin mengandalkan "gen lompat," juga dikenal sebagai elemen transposable, yang merupakan urutan DNA yang dapat melompat di sekitar genom.
Para peneliti memeriksa gen mana yang aktif dalam jaringan cephalopoda dan menemukan bahwa banyak dari pengelompokan gen cephalopoda yang unik sibuk di jaringan saraf, mengisyaratkan bahwa urutan khusus ini dapat memainkan peran dalam evolusi kecerdasan cephalopoda.
"Ini benar-benar menunjukkan perspektif baru yang menarik tentang bagaimana fitur baru muncul dalam evolusi," kata Albertin.
Comments