Ob warmes oder kaltes Wasser, Kraken optimieren die RNA im Gehirn, um den Kopf klar zu halten: NPR

Ari Daniel

Der kalifornische Zweipunkt-Oktopus kann die RNA in seinem Gehirn massiv bearbeiten, was ihm wahrscheinlich sowohl in warmen als auch in kühlen Gewässern einen klaren Kopf bewahrt. Tom Kleindinst/Marine Biological Laboratory Bildunterschrift ausblenden

Der kalifornische Zweipunkt-Oktopus kann die RNA in seinem Gehirn massiv bearbeiten, was ihm wahrscheinlich sowohl in warmen als auch in kühlen Gewässern einen klaren Kopf bewahrt.

Kraken sind neugierig und klug. Sie können Labyrinthe und Rätsel lösen, Werkzeuge benutzen und sind Meister der Tarnung. Diese komplexen Fähigkeiten werden durch ihr hochentwickeltes und riesiges Gehirn angetrieben.

Nun berichten Forscher in der Fachzeitschrift Cell, dass Kraken in der Lage sind, genetische Informationen zu bearbeiten, um ihr Gehirn schnell umzugestalten, wenn sie mit Veränderungen in ihrer Umgebung konfrontiert werden.

Diese Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf die unglaubliche Anpassungsfähigkeit dieser formverändernden Kreaturen und könnten Wissenschaftlern dabei helfen, Therapeutika für problematische Mutationen in unserem eigenen Körper zu entwickeln.

Kraken gelten als eines der intelligentesten wirbellosen Tiere der Welt, mit hochentwickelten Gehirnen und komplexen Nervensystemen. Bei anderen Tieren müssen solch große Gehirne normalerweise mit Vorsicht behandelt werden.

Denken Sie nur an Ihr eigenes fragiles Gehirn. Es ist in einem Schädel eingeschlossen, in Sauerstoff gebadet und darauf eingestellt, bei einer relativ stabilen Körpertemperatur zu arbeiten. „Wir verbrauchen eine Menge Energie, um die Temperatur konstant zu halten“, sagt Josh Rosenthal, Neurobiologe am Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts. „Und ein großer Teil davon dient dazu, dass unser Nervensystem effizienter arbeiten kann.“

Zu heiß (mit Fieber) oder zu kalt (mit Unterkühlung) und unser Gehirn stottert und beginnt zu versagen – und das ist nur ein paar Grad von der Norm entfernt. Unser Körper hält also alles auf einer konstanten Temperatur.

Kraken haben diesen Luxus nicht. Ihr Gehirn benötigt genauso viel Schutz wie unseres, aber sie befinden sich in weichen Körpern und schwimmen im Wasser, dessen Temperatur um etwa 20 Grad schwanken kann.

„Angesichts wechselnder Temperaturen ist es schwierig, ein komplexes Nervensystem aufrechtzuerhalten“, sagt Rosenthal. „Und das bringt Herausforderungen mit sich.“

Kraken haben diese Herausforderung mit einem einzigartigen Trick gemeistert, der in ihren Zellen verborgen ist. Dabei handelt es sich um ein Molekül namens RNA, das dabei hilft, DNA in die Proteine ​​zu übersetzen, aus denen unser Körper besteht. Um eine Analogie zu verwenden: Nehmen wir an, Sie möchten einen Laib Brot backen und betreten eine Bibliothek voller Kochbücher.

„Das Kochbuch selbst ist bereits gedruckt und ich kann das Buch nicht ändern“, sagt Matthew Birk, Biologe an der Saint Francis University. „Aber was ich tun kann, ist, eine Kopie zu machen, sie mit nach Hause in meine Küche zu nehmen“ und dort das Brot zu backen.

Hier sind die Kochbücher die DNA, die fest codiert ist und sich nicht verändert, das Brot ist das Protein, das Ihr Körper herstellen möchte, und die RNA ist die Kopie des Rezepts, das erklärt, wie es gemacht wird. RNA neigt nicht dazu, sich allzu sehr zu verändern. Es ist nur der Bote.

Aber was ist, wenn Ihnen eine Zutat fehlt – wie zum Beispiel Butter?

„Wenn das die Anweisungen sind, die Sie haben, sind Sie irgendwie am Boden zerstört“, sagt Rosenthal. „Aber wenn Sie wissen, dass Öl genauso gut funktionieren würde – wenn Sie das Rezept bearbeiten und hinzufügen könnten, dann wären Sie flexibel.“

Im Gehirn der meisten Tiere – von Fischen über Vögel und Bienen bis hin zu Menschen – werden nur wenige Prozent der RNAs bearbeitet. Aber im Gehirn von Kraken und ihren Verwandten passiert es in großem Ausmaß und betrifft mehr als 60 %.

Die Forscher fragten sich, ob etwas in der Umgebung dieser Tiere diese Veränderungen antreiben könnte, etwa die Temperatur. Birk beschloss, ein Experiment mit Hilfe des kalifornischen Zweifleck-Oktopus durchzuführen, der zusammengeknüllt etwa die Größe eines Fußballs hat.

„Sie sehen einem typischen Oktopus sehr ähnlich“, sagt Birk, „obwohl er zwei schillernde blaue Flecken hat, um ein Raubtier abzuschrecken.“ Er sagt, sie seien schelmisch und gut darin, sich zu tarnen. Und ihr Küstenlebensraum in Südkalifornien und Nordmexiko schwankt zwischen warmen Sommern und kühlen Wintern.

Im Labor legte Birk die Hälfte seiner Kraken in kühleres und die andere Hälfte in wärmeres Wasser. Nach ein paar Wochen sammelte er RNA aus ihren Gehirnen.

„Wir fanden heraus, dass es über 20.000 verschiedene Stellen auf verschiedenen Proteinen gab, die bearbeitet wurden“, sagt Birk, wobei bei kühleren Bedingungen weitere Optimierungen vorgenommen wurden.

Das heißt, als Reaktion auf sich ändernde Temperaturen haben die Kraken ihre Gehirne umgestaltet, vermutlich um ihre ordnungsgemäße Funktion aufrechtzuerhalten. Das Gleiche galt auch in der Wildnis, wo Birk im Sommer und Winter einzelne Tiere sammelte, indem er sie mit Essigspritzern aus ihren Unterwasserhöhlen scheuchte.

Die Kraken sind in der Lage, diese Änderungen in weniger als einem Tag vorzunehmen. Vergleichen Sie das mit der DNA, deren Veränderung Generationen dauert. RNA bietet eine flexiblere Alternative.

Das Optimieren von RNAs – das Bearbeiten der temporären Kopien der Rezepte – führt zu Veränderungen in den Proteinen, die sie der Zelle anweisen, herzustellen. Für Oktopusse gibt es keine einzelne, bevorzugte Version eines Proteins. Vielmehr gibt es im Gehirn des Tieres mehrere Versionen zahlreicher Proteine, die jeweils für ein anderes Szenario geeignet sind.

„Diese Studie zeigt zum ersten Mal, dass im selben Organismus unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Proteine ​​aus demselben Gen exprimiert werden“, sagt Eli Eisenberg, Physiker an der Universität Tel Aviv. „Und sie haben ein unterschiedliches Funktionsverhalten, das vermutlich an die Außentemperatur angepasst ist.“

Es ist immer noch nicht klar, wie sich diese Veränderungen auf einen Oktopus in seinem täglichen Leben auswirken könnten.

„In Zukunft wäre es schön zu sehen, welche Verhaltensweisen von diesen unterschiedlichen Veränderungen beeinflusst werden – ihre Reaktionsgeschwindigkeit, ihre Fähigkeit zur Tarnung“, sagt Robyn Crook, Neurobiologin an der San Francisco State University, die nicht daran beteiligt war die Forschung.

Da die Kraken bei kühleren Temperaturen mehr Bearbeitungsvorgänge durchführen, weist Crook auch darauf hin, dass ihnen die Strategie angesichts des sich ändernden Klimas und der Erwärmung der Ozeane möglicherweise nicht weiterhilft. Obwohl diese Kraken in verschiedenen Temperaturbereichen operieren können, sei dies möglicherweise kein „brauchbarer Mechanismus, um Umweltveränderungen infolge menschlicher Aktivitäten zu entkommen“.

Obwohl Kraken ein ganz anderes Leben führen als wir, könnte sich ihr einzigartiges Gehirn eines Tages als nützlich für uns erweisen.

„Wir versuchen herauszufinden, wie wir diese Fähigkeit nutzen können, um sie für Therapeutika zu nutzen“, erklärt Birk, etwa zur Schmerzlinderung oder zur Reparatur schädlicher Mutationen, die Krankheiten verursachen.

Kraken, sagt er, können uns viel beibringen.

„Sie sind faszinierend und interessant, nicht nur von außen, wo wir alle sehen können“, sagt Birk. „Aber auch im Inneren.“