اختاپوسها، ماهی‌های مرکب و سپیا با سیستم‌های عصبی پیچیده‌شان، توانایی‌های عجیبی مثل حل مسائل سخت و تغییر سریع ظاهر برای استتکام دارند. Thea Rogers و تیمش در دانشگاه وین متوجه شدند راز این تکامل لزوماً در توالی ژنها نیست، بلکه به نحوه تا شدن و آرایش سهبعدی DNA در سلولها برمی‌گردد. این کشف نگاه سنتی ما به تکامل را به چالش می‌کشد و نشان می‌دهد معماری فیزیکی ژنوم مستقیماً بر شکل‌گیری ویژگی‌های ذهنی پیشرفته اثر می‌گذارد.
ساختار سهبعدی DNA و یافته‌های دانشگاه وین
تیم پژوهشی دانشگاه وین دریافتند که DNA در سلولها به شکل رشته‌های ساده و کشیده نیست. این مولکول‌ها با پیچ‌وخم‌های پیچیده‌ای، ساختاری سهبعدی می‌سازند که باعث می‌شود بخش‌هایی که در توالی ژنتیکی از هم دور هستند، در فضای فیزیکی به هم نزدیک شوند.
همین نزدیکی فیزیکی تعیین می‌کند که کدام ژن در چه زمانی فعال شود و شدت عملکردش چقدر باشد. یعنی تغییر در نحوه تا شدن DNA، بدون اینکه دستورالعمل‌های ژنتیکی تغییر کند، می‌تواند فعالیت ژنها را کاملاً دگرگون کند. نتایج این مطالعه که در نشریه Nature Communications منتشر شده، نقش کلیدی ساختار فیزیکی DNA را در تکامل برجسته می‌کند.
درک این مکانیسم‌ها یادآور پیچیدگی‌های دیگر دنیای علم است؛ مثلاً در فیزیک، تلاش‌هایی برای بازسازی اثر کوانتومی برای توقف کامل حرکت ذرات در جریان است که نشان می‌دهد نظم در مقیاس‌های کوچک، نتایج بزرگی به دنبال دارد.
بازآرایی ژنوم در بازه صدها میلیون سال
شواهد نشان می‌دهد ژنوم سرپایان صدها میلیون سال پیش دستخوش یک بازسازی گسترده شده است. جابه‌جایی بخش‌های بزرگ مواد ژنتیکی باعث شد نواحی دور از هم در کروموزوم‌ها متصل شوند و شبکه‌های تنظیمی جدیدی شکل بگیرد.
ژنوم صرفاً توالی‌ای از ژنها نیست، بلکه در یک ساختار سه بعدی پیچیده تا شده است. درک چگونگی تکامل این ساختار برای فهمیدن نحوه پیدایش پیچیدگی‌های بیولوژیکی جدید، اهمیت زیادی دارد.
دکتر Thea Rogers، نویسنده اصلی این پژوهش، روی اهمیت این ساختار سهبعدی در پیدایش پیچیدگی‌های بیولوژیکی تأکید می‌کند. محققان فهمیدند برخی بخش‌های ژنوم با نام chromatin domains در طول تاریخ تکامل ثابت مانده‌اند، اما ساختارهای کوچک‌تری به نام chromatin loops بسیار انعطاف‌پذیرتر هستند.
بسیاری از این حلقههای ژنتیکی انعطافپذیر، دقیقاً در نزدیکی ژنهای رشد و عملکرد سیستم عصبی قرار دارند. این الگو تأیید می‌کند که تغییرات در ساختارهای کوچک و تطبیق‌پذیر ژنوم، احتمالاً موتور محرک تکامل هوش در سرپایان بوده است. این فرآیند درهم‌تنیدگی اجازه می‌دهد تکامل بدون تخریب ساختارهای ضروری، ویژگی‌های جدیدی خلق کند. به همین دلیل است که اختاپوسها توانستند سیستم‌های پردازش ذهنی پیچیده‌ای را بدون آسیب به عملکردهای حیاتی توسعه دهند.
این کشف پارادایم تکامل را تغییر می‌دهد؛ چون ثابت می‌کند هوش و پیچیدگی‌های زیستی فقط حاصل جهش در توالی ژنها نیست، بلکه نحوه سازمان‌دهی فیزیکی و سهبعدی DNA نقش تعیین‌کننده‌ای در فعال کردن توانمندی‌های جدید دارد.
آنچه باید بدانید
راز هوش اختاپوسها در چه چیزی نهفته است؟
این هوش علاوه بر توالی ژنها، به نحوه تا شدن و آرایش سهبعدی DNA در سلولها وابسته است که منجر به ایجاد اتصالات جدید بین ژنها شده است.
کدام موسسه علمی این پژوهش را انجام داده است؟
این تحقیقات توسط محققان دانشگاه وین انجام و نتایج آن در مجله Nature Communications منتشر شد.
تفاوت chromatin domains و chromatin loops در چیست؟
دامنههای کروماتین (domains) در طول تکامل ثابت و پایدار بودهاند، اما حلقههای کروماتین (loops) انعطافپذیر بوده و در نزدیکی ژنهای سیستم عصبی تغییرات زیادی داشتهاند.
