При всем своем сверхъестественном интеллекте и кажущихся сверхъестественными способностях изменять цвет и регенерировать конечности осьминоги часто трагически погибают. После того, как осьминог-мать откладывает кладку яиц, она перестает есть и чахнет; к тому времени, когда яйца вылупятся, она мертва. Некоторые самки в неволе, кажется, даже намеренно ускоряют этот процесс, калеча себя и скручивая руки в запутанное месиво.

Источником этого странного материнского поведения, по-видимому, является зрительная железа, орган, похожий на гипофиз у млекопитающих. В течение многих лет было неясно, как именно эта железа запускает ужасную смертельную спираль, но новое исследование, проведенное учеными из Чикагского, Вашингтонского и Иллинойского университетов в Чикаго (UIC), показывает, что зрительная железа у осьминогов-матерей подвергается изменениям. массивный сдвиг в метаболизме холестерина , приводящий к резким изменениям в вырабатываемых стероидных гормонах . Изменения уровня холестеринаметаболизм у других животных, включая человека, может иметь серьезные последствия для продолжительности жизни и поведения, и авторы исследования считают, что это обнаруживает важные сходства в функциях этих стероидов в животном мире , как у мягкотелых головоногих, так и у позвоночных.

«Мы знаем, что холестерин важен с диетической точки зрения, а также в различных сигнальных системах организма», — сказал З. Ян Ван, доктор философии, доцент кафедры психологии и биологии Вашингтонского университета и ведущий автор исследования.  «Он участвует во всем, от гибкости клеточных мембран до выработки гормонов стресса, но было большим сюрпризом увидеть, что он также играет роль в этом процессе жизненного цикла».

Гормоны самоуничтожения

В 1977 году психолог из Университета Брандейса Джером Водинский показал, что если он удалил зрительную железу у матерей карибского двухточечного осьминога ( Octopus hummelincki ), они отказались от кладки яиц, возобновили питание и жили на несколько месяцев дольше. В то время биологи головоногих пришли к выводу, что зрительная железа должна выделять какой-то гормон «самоуничтожения», но что это было и как оно работало, было неясно.

В 2018 году Ван, в то время аспирант Чикагского университета, и Клифтон Рэгсдейл, доктор философии, профессор нейробиологии Калифорнийского университета в Чикаго, секвенировали РНК-транскриптом зрительной железы нескольких калифорнийских двуточечных осьминогов ( Octopus bimaculoides ) в разных стадиях упадка материнского здоровья. РНК несет в себе инструкции ДНК о том, как производить белки, поэтому ее секвенирование — хороший способ понять активность генов и то, что происходит внутри клеток в данный момент времени. По мере того как животные начинали голодать и худеть, повышался уровень активности генов, которые метаболизируют холестерин и производят стероиды, и впервые зрительная железа была связана с чем-то другим, кроме размножения.

В новой статье, опубликованной на этой неделе в Current Biology, Ван и Рэгсдейл продвинулись в своих исследованиях на шаг вперед и проанализировали химические вещества, вырабатываемые зрительной железой материнского осьминога. Они работали со Стефани Колонья, доктором философии, адъюнкт-профессором химии в UIC, и Мелиссой Перганде, бывшей аспиранткой UIC, которые специализируются на масс-спектрометрии — методе анализа химического состава биологических образцов. Поскольку предыдущие исследования Вана указывали на повышенную активность генов, производящих стероиды, они сосредоточились на холестерине и связанных с ним молекулах в ткани зрительной железы.

Они обнаружили три различных пути, участвующих в повышении уровня стероидных гормонов после размножения. Один из них производит прегненолон и прогестерон, два стероида, которые обычно ассоциируются с беременностью. Другой производит материнские холестаноиды или промежуточные компоненты желчных кислот , а третий производит повышенный уровень 7-дегидрохолестерина (7-DHC), предшественника холестерина.

Новое исследование показывает, что материнская зрительная железа претерпевает резкие изменения, чтобы производить больше прегненолона и прогестерона, материнских холестаноидов и 7-DHC на стадиях упадка. В то время как гормоны беременности ожидаемы, это первый раз, когда что-либо вроде компонентов желчных кислот или холестерина было связано со спиралью смерти материнского осьминога.

Некоторые из этих же путей используются для производства холестерина у мышей и других млекопитающих. «Есть два основных пути образования холестерина, которые известны из исследований на грызунах, и теперь есть данные нашего исследования, что эти пути, вероятно, присутствуют и у осьминогов», — сказал Ван. «Было очень интересно увидеть сходство таких разных животных».

Повышенные уровни 7-DHC токсичны для человека; Это признак генетического расстройства, называемого синдромом Смита-Лемли-Опица (SLOS), который вызывается мутацией фермента, превращающего 7-DHC в холестерин. Дети с этим расстройством страдают от серьезных последствий для развития и поведения, включая повторяющиеся членовредительства, напоминающие поведение осьминога в конце жизни.

Крошечный и недооцененный

Полученные данные свидетельствуют о том, что нарушение процесса выработки холестерина у осьминогов , как и у других животных, имеет серьезные последствия. До сих пор то, что обнаружила Ван и ее команда, является еще одним шагом в последовательности самоуничтожения осьминога, сигнализирующим о дальнейших изменениях, которые в конечном итоге приводят к странному поведению матери и ее гибели.

«Что поразительно, так это то, что они проходят через эту прогрессию изменений, когда они, кажется, сходят с ума прямо перед смертью», — сказал Рэгсдейл. «Может быть, это два процесса, может быть, три или четыре. Теперь у нас есть по крайней мере три явно независимых пути образования стероидных гормонов, которые могут объяснить множественность эффектов, которые проявляют эти животные».

Этим летом Ван будет учиться в Морской биологической лаборатории (MBL) Университета Чикаго в рамках программы Grass Fellowship, а затем поступит на факультет Вашингтонского университета. Главной достопримечательностью MBL является их обширная программа исследований головоногих, в частности новая модель животного, малый полосатый осьминог ( Ocotopus chierchiae ). Среди других полезных особенностей, таких как небольшой управляемый размер, полосатый осьминог не самоуничтожается после размножения, как животные, которых до сих пор изучали Ван и Рэгсдейл. Ван планирует исследовать зрительные железы полосатого осьминога и сравнить их со своими новыми результатами, чтобы найти подсказки о том, как он избегает трагической спирали смерти осьминога.

«Зрительная железа существует у всех других головоногих с мягким телом, и у них такие разные репродуктивные стратегии», — сказала она. «Это такая крошечная железа , и ее недооценивают, и я думаю, что будет интересно исследовать, как она способствует такому большому разнообразию траекторий жизненного цикла головоногих».

Исследование называется «Стероидные гормоны системы самоуничтожения осьминога».