Genetikere forvirret av blekksprutens unike gener: ser ut til å ha dukket opp fra ingensteds
David Coppedge; 8. februar 2023. Oversatt herfra.

Cephalopods (Blekkspruter), fra latin for 'hodefot', er blant de merkeligste skapningene i havet. Selv om de er klassifisert i phylum Mollusca, virker de svært forskjellige fra snegler eller muslinger. De er blant de smarteste og mest funksjonelt mangfoldige dyrene på planeten: fleksible, tilpasningsdyktige og godt utstyrt for rask bevegelse, effektive i jakt og rask kamuflasje.
Omfanget deres inkluderer gigantisk blekksprut, blekksprut og den vakkert oppkveilede skallet nautilus. Nå som det første blekksprutgenomet er sekvensert, begynner forskerne å lære om den komplekse genetiske informasjonen bak deres evner.

Bilde 1. Blekkspruthode

Nature -lenke, publiserte det første genomet til en blekksprut, California to-spot octopus, Octopus bimaculoides. Det var et massivt oppdrag. Blekksprutgenomet er sammenlignbart med det menneskelige genomet i størrelse og kompleksitet. Faktisk har den "et større antall proteinkodende gener - rundt 33 000, sammenlignet med færre enn 25 000 i Homo sapiens," sier Alison Abbott i samme utgave av Nature.

-Dette overskuddet skyldes hovedsakelig utvidelsen av noen få spesifikke genfamilier, sier Ragsdale. En av de mest bemerkelsesverdige gengruppene er protokadherinene, som regulerer utviklingen av nevroner og kortdistanse-interaksjonene mellom dem. Blekkspruten har 168 av disse genene - mer enn dobbelt så mange som pattedyr. Dette resonerer med skapningens uvanlig store hjerne og organets enda merkeligere anatomi. Av blekksprutens en halv milliard nevroner - seks ganger antallet i en mus - leder to tredjedeler ut fra hodet gjennom armene, uten involvering av langdistansefibre som de i virveldyrs ryggmarg. Den uavhengige datakraften til armene, som kan utføre kognitive oppgaver selv når de er 'frakoblet', har gjort blekksprut til et studieobjekt for nevrobiologer som Hochner og for robotikere som samarbeider om utviklingen av myke, fleksible roboter.
En genfamilie som er involvert i utviklingen, sink-finger-transkripsjonsfaktorene, er også sterkt utvidet hos blekkspruter. Med rundt 1800 gener er det den nest største genfamilien som er oppdaget i et dyr, etter elefantens 2000 luktreseptorgener.

Ikke spør genetikerne
Er dette et eksempel på kraften til darwinistisk evolusjon til å gradvis utvide eksisterende egenskaper? Ikke spør genetikerne; de er for opptatt med å finne ut hvor alle de unike genene kom fra.

Bilde 2. Nevroncelle

Analysen viste også hundrevis av andre gener som er spesifikke for blekkspruten og sterkt uttrykt i spesielt vev. Sugekopper, for eksempel, uttrykker et merkelig sett med gener som ligner på de som koder for reseptorer for nevrotransmitteren acetylkolin. Genene ser ut til å muliggjøre blekksprutens bemerkelsesverdige evne til å smake med sugekoppene.
Forskere identifiserte seks gener for proteiner kalt reflektiner, som kommer til uttrykk i huden til en blekksprut. Disse endrer måten lyset reflekteres fra blekkspruten, og gir utseendet til en annen farge - en av flere måter en blekksprut kan skjule seg på, sammen med å endre tekstur, mønster eller lysstyrke.
En annen oppdagelse antydet grunnlaget for en blekkspruts intelligens. Genomet inneholder systemer som kan tillate vev å raskt modifisere proteiner for å endre deres funksjon. Elektrofysiologer hadde spådd at dette kunne forklare hvordan blekkspruter tilpasser sine nevrale nettverksegenskaper, for å muliggjøre slike ekstraordinære lærings- og minneevner.
Hvordan kunne så mange unike gener oppstå ved blinde neo-darwinistiske prosesser? Det er utilfredsstillende å høre forskere anta at de 'utviklet' seg på en eller annen måte.
Blekksprutens plassering i Mollusca-filumet illustrerer evolusjonen på sitt mest spektakulære, sier Hochner. "Veldig enkle bløtdyr som muslingen - de bare sitter i gjørmen og filtrerer mat. Og så har vi den praktfulle blekkspruten, som forlot skallet og utviklet den mest forseggjorte atferden i vann."

Artikkelen er ingen hjelp
Den snakker bare om "morfologiske innovasjoner av blekksprutter, inkludert deres store og komplekse nervesystemer." Og så finner forfatterne at de ikke kan appellere til et favorittforklaringsverktøy, genduplisering:
-Basert primært på kromosomantall, foreslo flere forskere at helgenom-duplikasjoner var viktige i utviklingen av blekksprutkroppsplanen, parallelt med rollen som ble tilskrevet de uavhengige helgenom-duplikasjonshendelsene som skjedde tidlig i virveldyrevolusjonen. Selv om dette er et attraktivt rammeverk for både genfamilieutvidelse og økt regulatorisk kompleksitet på tvers av flere gener, fant vi ingen bevis for det. Genfamilie-utvidelsene som er tilstede i blekksprut er overveiende organisert i klynger langs genomet, i stedet for distribuert i dobbelt konservert synteny som forventet for en paleopolyploid .. Selv om gener som regulerer utviklingen ofte beholdes i flere kopier etter paleopolyploidi i andre avstamninger, utvides de vanligvis ikke i blekksprut i forhold til limpeter, østers og andre virvelløse bilaterier.

Bilde 3. Flyten til genetisk informasjon

Med hel-genomduplisering ute, hva er igjen? I hovedsak, magi:
Andre mekanismer enn helgenom-duplikasjoner kan drive genomisk nyheter, inkludert utvidelse av eksisterende genfamilier, utvikling av nye gener, modifikasjon av genregulerende nettverk og omorganisering av genomet gjennom transposonaktivitet. Innenfor O. bimaculoides-genomet fant vi bevis for alle disse mekanismene, inkludert utvidelser i flere genfamilier, en serie av blekksprut- og blekksprut-spesifikke gener og omfattende genomstokking.
"Evolusjon av nye gener"? Er ikke det spørsmålet? Hvor kommer nye gener fra? De fant "en pakke med blekksprut- og blekksprutspesifikke gener" som ser ut til å ha dukket opp fra ingensteds. Når det gjelder mekanismer som "kan drive genomisk nyhet," gjør listen deres lite mer enn å anta at å lage mer av eksisterende ting og blande dem rundt vil skape nye ting som gjør noe nyttig. Prøv det med en kopimaskin, en bok og en saks. "Modifisering av genregulatoriske nettverk" hjelper heller ikke. Stephen Meyer dokumenterte i Darwin's Doubt hvordan modifikasjoner av GRN-er nesten alltid er dødelige, og aldri nyskapende.

En flerårig unnvikelses-metode
Når de går tom for alternativer, vender forfatterne seg til en flerårig unnvikelses-metode: konvergens.
-Et søk etter tilgjengelige transkriptomdata fra langfinnet blekksprut Doryteuthis pealei, viste også et utvidet antall protocadherin-gener... Overraskende nok tyder våre fylogenetiske analyser på at blekksprut- og blekksprut-protocadherin-arrayene oppsto uavhengig av hverandre. Ikke-koblede blekksprut-protokadheriner ser ut til å ha blitt utvidet ~135 Mya, etter at åtte-armet blekksprut divergerte fra tiarmet-blekksprut. I kontrast er klyngede blekksprut-protokadheriner mye mer like i sekvens, enten på grunn av nyere duplikasjoner eller genkonvertering som funnet i klyngede protokadheriner i sebrafisk og pattedyr ....
Til slutt gir de uavhengige utvidelsene og berikelsen av nervesystemet for protokadheriner i koleoidblekkspruter og vertebrater et slående eksempel på konvergent evolusjon mellom disse kladene på molekylært nivå.

Kanskje blekksprut utviklet seg fra fisk til pattedyr. Jeg (Coppedge) tuller selvfølgelig, men de genomiske dataene viser seg ikke å være nyttige for Darwin. Etter å ha sammenlignet genomet med andre skapninger nær og fjern, og funnet flere eksempler på unike gener og konvergenser, avslutter forfatterne med å prøve å sette blekkspruten i sammenheng med slektstreet til lophotrochozoans ("crest-wheel"-dyr, en kontroversiell supergruppe av phyla). som inkluderer dyr så forskjellige som ormer, muslinger og brachiopoder). Pass igjen opp for det magiske framtredenet til innovasjoner:

-Ved å bruke en avslappet molekylær klokke anslår vi at blekksprut- og blekksprut-avstamningene skilte seg med ~270 millioner år, noe som understreker den dype evolusjonshistorien til coleoid cephalopoder... Analysene våre fant hundrevis av coleoid- og blekksprutspesifikke gener, hvorav mange ble uttrykt i vev som inneholdt nye strukturer, inkludert den kromatofor-belastede huden, suge-koppene og nervesystemet .... Til sammen gir disse nye genene, utvidelsen av C2H2 ZNF-er, genom-omorganiseringer og omfattende transposerbar element-aktivitet et nytt landskap for både trans- og cis-regulatoriske elementer i blekksprut-genomet, noe som resulterer i endringer i et ellers 'typisk' lofotrokozo-gen komplement som bidro til utviklingen av nevral kompleksitet hos blekksprut, og morfologiske innovasjoner.

Bilde 4. Gjenbruk av design eller uavhengig utvikling?

Kanskje dette er grunnen til at Alison Abbott vitser om at blekkspruten har genomet til en romvesen. "Med sine åtte gripearmer foret med sugekopper, kameralignende øyne, forseggjort repertoar av kamuflasjetriks og skummel intelligens, er blekkspruten som ingen annen skapning på jorden."
Hos Science har Dennis Normile ingenting nytt å tilby. Blekksprutgenomet "overrasker og erter," sier han. Han siterer et teammedlem fra University of Chicago som snakker for teamet: "Vi ble egentlig ganske overrasket over en haug med ting vi fant." En annen forsker gir denne unyttige kommentaren om implikasjonene for evolusjon: "det er mer enn én måte å dyrke et genom på."

Tviler aldri på Darwin

De populære mediene tok alle disse overraskelsene med ro, og tvilte aldri på Darwin, men hadde lite å si om ham heller. De fleste påpekte at genom-dupliseringstrikset ikke fungerer for blekkspruten. Diskusjon om evolusjon er det bemerkelsesverdig lite av i artiklene. Ett unntak er Science Daily. Dens oppskrift krediterer ikke bare blind natur for alle blekksprutens innovasjoner, men lanserer en seierstale for kosmisk darwinisme:
-Som mennesker liker vi å tro at vi er unike i evolusjonære termer, men blekkspruten kan avsløre at dette ikke er tilfelle. En grunn til at blekkspruten fascinerer forskere er at hjernen dens ble organisert for å kunne utføre slike utrolige, komplekse oppgaver uten å ta i bruk prinsippene til virveldyrhjernen. Ytterligere undersøkelser vil vise om byggesteinene i nervesystemet er så radikalt forskjellig fra dem til landkrabbe-virveldyr som oss, som blekksprutens evner antyder.
Dette er ikke så usannsynlig som det høres ut. Selv om blekkspruten utviklet seg i et helt annet økosystem, kan evolusjonen bare ha så mange løsninger på et gitt problem. Hvis likheter faktisk blir funnet, vil dette betydelig endre vårt perspektiv på fremveksten av liv andre steder i universet.

Bilde 5. Darwin ville ha tvilt på egen teori i dag.

David Klinghoffer -lenke, har påpekt hvor avskrekkende triumfalisme som dette kan være. Kan ikke journalister bare være ærlige om problemene med tradisjonelle evolusjonære forklaringer? I Illustra-dokumentaren Living Waters diskuterer Discovery Institutes Richard Sternberg og Paul Nelson hvor usannsynlig det er å få to koordinerte mutasjoner for en ny funksjon. Når det gjelder hvalens utvikling, overskrider tiden som kreves for bare to mutasjoner for en viss tilpasning, langt tiden tilgjengelig for overgangen. Et lignende problem er tydelig med blekksprut-evolusjon fra et 'enkelt' bløtdyr.

Vitenskapen kan observere og nyte naturens underverk uten en darwinistisk narrativ glans. Selv om Live Sciences dekning av Nature-artikkelen -lenke var fylt av glans, beskrev en annen Live Science-artikkel en annen art, den store stillehavsstripet blekkspruten (LPSO), med lunefull glede og svært lite snakk om evolusjon. Denne arten (til tross for navnet, er i stand til å komprimere seg til størrelsen på en tennisball), lurer byttet sitt slik en menneskelig spøkefugl banker på en venns motsatte skulder, og får ham til å snu feil vei.

"En av tingene som imponerer meg mest med denne arten er dens store mangfold av rovdyradferd," sa Caldwell til WordsSideKick.com. Ikke bare lurer denne stripete blekkspruten intetanende reker, men den spiser også snegler ved først å bore små hull inn i skjellene deres med enden av armen og deretter injisere byttet med en dødelig fordøyelsesvæske, sa han. Og til tross for deres minimale størrelse, er LPSO-er sterke nok til å bryte fra hverandre et musling-skjelll og bevegelig nok til å kaste seg over en raskbeint krabbe.
-Men de ekstraordinære matvanene til dette dyret slutter ikke der. Når en LPSO først har fått i seg kveldsmaten, unndrar den seg ikke for å dele måltidet med andre, sa Caldwell, som bemerker at dyrets evne til fredelig å dele mat med andre blekksprut, både er uvanlig og veldig spennende for biologer.

Vitenskapelig undersøkelse kan fortsatt være 'veldig spennende' uten den darwinistiske vinklingen. Det er mange flere arter av blekksprut som er verdt å undersøke. Noen bor dypt ved hydrotermiske sjakter. Noen bor i grunne tidevannsbassenger. De kommer i alle størrelser. Den mimiske blekkspruten forbløffer forskere. Det er mye å å lære om disse fantastiske dyrene, uten å måtte passe dem inn i et evolusjonstre.
"Det er over 300 kjente blekksprutarter, og flere beskrives hvert år. Men faktum er at selv om vi tror vi vet mye om blekksprutadferd og fysiologi, kommer alt vi vet fra en håndfull arter, sa Caldwell. "Så når jeg forteller deg at LPSO er en uvanlig art med veldig unik oppførsel, så vet jeg egentlig ikke det."

Bilde 6. Fakta slås fast

Ingeniører som lærer av biologi
I mellomtiden nevner flere av artiklene at ingeniører studerer blekkspruter på jakt etter ideer til myke roboter, distribuerte nettverk og fremdriftsteknikker. "Mennesker oppfant flygende maskiner ved å etterligne fugler," sier Science Daily. "Vi kan se frem til blekksprutinspirerende roboter som gir oss enkel tilgang til havbunnen."
Det er usannsynlig å være produktivt å prøve å spore en antatt evolusjonær herkomst som krever store doser 'innovasjon' eller 'konvergens' for å akseptere. Hvorfor ikke ta tak i spørsmålene som kan observeres og forstås? Biomimetikk viser nytten av en designtilnærming. La oss følge bevisene dit de fører.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i 2015.

David Coppedge
David Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å ha delt materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte mot ham uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.

Bilde 7. David Coppedge

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund