Японские ученые раскрыли механизм эволюции головоногого моллюска аргонавта Argonauta argo, самки которого имеют спиральную раковину для защиты яиц. Результаты анализа генома животного, опубликованные в журнале Genome Biology and Evolution, демонстрируют, что этот вид осьминогов повторно научился развивать панцирь, используя гены, отличающиеся от генов, отвечающих за рост настоящих раковин у других моллюсков.
Лишенная камер оболочка аргонавта очень похожа на настоящую камерную раковину наутилусов. Обе раковины образуются в результате секреции белков, однако они формируются по-разному и имеют разную микроскопическую структуру. Ученые решили ответить на вопрос, приобрел ли аргонавт свою раковину независимо или она возникла из раковин предковых форм. Для этого они секвенировали геном аргонавта, то есть установили нуклеотидную последовательность его ДНК, а на ее основе предсказали 26 433 гена, кодирующих белок.
Исследователи определили почти нетронутые кластеры генов HOX, Parahox и Wnt. Кластеры — это группы родственных генов, которые находятся рядом на одной хромосоме и, как правило, происходят от одного гена-предшественника, чьи копии изменялись и брали на себя различные функции. Например, гены HOX и Parahox определяют рост и дифференцировку тканей, а также анатомию организма, а Wnt кодируют белки сигнального пути, регулирующие эмбриональное развитие и рост злокачественных опухолей. Эти и другие кластеры генов у аргонавтов, по мнению авторов, связаны с пелагическим образом жизни моллюска, то есть с обитанием в толще или у поверхности воды.
Ученые также выявили гены BMSP и Pif, связанные с формированием раковины у аргонавтов. Большинство из этих генов не использовались для формирования раковин у отдаленно родственных видов, включая беспанцирных осьминогов и наутилусов, хотя эти гены присутствуют в геноме моллюсков. Это указывает на то, что аргонавты рекрутировали множество белков, не связанных с формированием панциря, и использовали их для развития своей раковины. Таким образом, хотя у предков и родственных видов аргонавтов были раковины, они не развились в панцирь для защиты яиц.
По словам ученых, реконструкция черновой последовательности генома аргонавтов позволила понять, как головоногие используют различные гены для создания похожих раковинных структур, таких как настоящая камерная раковина и защитная оболочка. Кроме того, это позволило изучить генетические факторы перехода осьминогов и родственных им моллюсков от бентического, то есть придонного, к пелагическому образу жизни.