Ученые обнаружили неожиданный генетический поворот, связанный с интеллектом осьминогов. Исследователи выявили древнюю перестройку ДНК, которая может помочь объяснить, как осьминоги, кальмары и сепии эволюционировали до уровня исключительного интеллекта.

Осьминоги, кальмары и сепии обладают одними из самых сложных нервных систем в животном мире, что дает им выдающиеся способности, такие как решение задач и быстрая маскировка. Но как эти необычайные возможности возникли эволюционно? Ученые нашли удивительную подсказку, которая может заключаться не в самих генах, а в том, как ДНК складывается и располагается внутри клеток.

Исследователи из Венского университета обнаружили, что сотни миллионов лет назад произошла масштабная реорганизация ДНК, в результате которой ранее разобщенные генетические участки оказались в контакте. Эти вновь возникшие связи изменили способы взаимодействия и регуляции генов, что, возможно, способствовало эволюции необычно сложных нервных систем у этих животных, которые в совокупности называют колеоидами головоногих.

Результаты, опубликованные в Nature Communications, указывают на то, что физическая структура ДНК может играть гораздо более активную роль в эволюции, чем считалось ранее.

Как трехмерная структура ДНК влияет на эволюцию

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи восстановили трехмерную организацию генома у осьминогов, кальмаров и сепий. Затем они сопоставили расположение ДНК с паттернами активности генов, чтобы понять, как изменения структуры генома могут влиять на биологическую сложность.

«Геном — это не просто последовательность генов. Он свернут в сложную трехмерную структуру», — сказала ведущая авторка доктор Тиа Роджерс. «Понимание того, как эта структура эволюционирует, становится все более важным для объяснения возникновения новых форм биологической сложности».

Хотя ДНК часто изображают как длинную скрученную лестницу, внутри клетки она не просто вытянута. Вместо этого она складывается в запутанную трехмерную конфигурацию, благодаря чему участки, удаленные друг от друга в линейной последовательности, оказываются близко в пространстве.

Эти контакты важны, потому что они могут влиять на то, какие гены активируются, когда они используются и с какой силой. Изменения в том, как ДНК складывается, могут тем самым менять активность генов, не затрагивая при этом основную генетическую информацию.

Древняя перестройка ДНК создала новые генетические связи

Исследователи нашли свидетельства того, что геномы головоногих пережили обширный период реорганизации сотни миллионов лет назад. В ходе этой эволюционной перестройки большие участки генетического материала были перемещены, в результате чего регионы хромосом, ранее разделенные, оказались рядом.

Эта перестановка создала возможности для взаимодействия участков ДНК, которые ранее не контактировали. После формирования таких связей они могли влиять друг на друга, постепенно выстраивая более сложные сети генетической регуляции.

С течением эволюционного времени эти взаимодействия могли становиться все более переплетенными и трудными для разрыва, создавая процесс, который ученые описывают как «регуляторное запутывание».

Этот механизм предлагает возможное объяснение того, как эволюция может порождать новые биологические особенности, не нарушая при этом жизненно важных функций организма. Устанавливая новые связи между уже существующими генетическими элементами, геном мог развить иные паттерны активности генов, сохраняя при этом ключевые биологические механизмы.

Стабильные структуры ДНК и гибкие генетические петли

Одним из наиболее показательных результатов исследования стало то, что разные части генома реагировали на эволюционную реорганизацию по-разному.

Исследователи обнаружили, что крупные структурные области, называемые доменами хроматина, оставались удивительно стабильными в течение длительных периодов эволюционной истории. Эти домены помогают организовывать ДНК в широкие секции внутри клетки, и их сохранность указывает на то, что некоторые элементы архитектуры генома строго консервативны.

Меньшие структуры, известные как петли хроматина, рассказали иную историю.

Эти петли образуются, когда удаленные участки ДНК оказываются сведены вместе в трехмерном пространстве. В отличие от относительно стабильных доменов хроматина, петли демонстрировали значительные различия между видами головоногих, между тканями и на разных стадиях развития.

Особенно примечателен был их локус. Многие из этих гибких ДНК-связей располагались рядом с генами, связанными с важными чертами головоногих, включая развитие и функцию нервной системы.

Такой рисунок указывает на то, что более мелкие, адаптивные структуры в геноме могут быть особенно отзывчивы на крупные генетические перестановки. Меняя то, какие участки ДНК могут «общаться» друг с другом, эти гибкие связи могли способствовать возникновению новых паттернов активности генов и развитию сложных признаков.

Новая подсказка к эволюции интеллекта осьминогов

Это открытие ставит под сомнение традиционный взгляд на архитектуру генома как на нечто, что главным образом изменяется в ответ на эволюцию. Вместо этого результаты указывают на то, что физическая организация ДНК сама по себе может влиять на ход эволюционных изменений.

У осьминогов, кальмаров и сепий древние перестановки генома могли помочь выстроить новые регуляторные сети, которые способствовали формированию их исключительно сложных нервных систем.

Результаты не утверждают, что эти изменения ДНК напрямую вызвали появление интеллекта у головоногих. Однако они выявляют возможный механизм, посредством которого крупные генетические перестановки могли создавать новые биологические возможности, сохраняя при этом жизненно важные функции.

В более широком смысле исследование указывает на часто упускаемое измерение эволюции. Появление выдающихся признаков может зависеть не только от того, какие гены наследует организм, но и от того, как эти гены физически расположены и связаны внутри клетки.

Материалы предоставлены Венским университетом. Примечание: содержание могло быть отредактировано в целях стиля и объема.

Авторы: Тиа Ф. Роджерс, Джессика Сток, Натали Грейс Шульц, Гёзде Ялчин, Симоне Ренккен, Антон Вайсенбахер, Тереза Кларенс, Даррин Т. Шульц, Клифтон У. Рэгсдейл, Кэролайн Б. Альбертин, Олег Симаков. Genome reorganisation and expansion shape 3D genome architecture and define a distinct regulatory landscape in coleoid cephalopods. Nature Communications, 2026; 17 (1) DOI: 10.1038/s41467-026-77625-7