Wie wurde der monströse Riesenkalmar so furchterregend groß? Er erreicht die Länge eines Schulbusses mit Augen so groß wie Essteller und Tentakeln, die Beute in 10 Metern Entfernung fangen können.
Ein Team unter Leitung der University of Copenhagen hat das vollständige Genom des mysteriösen Riesenkalmars (Architeuthis dux) entschlüsselt und veröffentlicht, was wichtige Anhaltspunkte über die Anatomie und die Entwicklung des Tieres offenbart. Zu dem Team gehört auch Caroline Albertin vom Marine Biological Laboratory der Woods Hole Oceanographic Institution. Riesenkalmare werden nur selten beobachtet und wurden bisher nie lebend gefangen und lebendig gehalten, was bedeutet, dass ihre Biologie und sogar die Art und Weise ihrer Vermehrung weitgehend ein Rätsel ist. Das Genom kann wichtige Einblicke geben.
“Wir stellten fest, dass der Riesenkalmar auf sein Genom bezogen größtenteils wie andere Tiere aussieht. Das heißt, wir können diese wahrhaft bizarren Tiere untersuchen, um etwas über uns selbst zu erfahren”, sagte Albertin, die im Jahr 2015 das Team leitete, welches das erste Genom eines Cephalopoden (Kopffüßers) sequenzierte. Cephalopoden sind die Gruppe, zu der Kalmare, Oktopusse, Tintenfische und der Nautilus gehören.
Das Team unter Leitung von Rute da Fonseca von der University of Copenhagen entdeckte, dass das Genom des Riesenkalmars groß ist: Mit geschätzt 2,7 Milliarden DNA-Basenpaaren hat es etwa 90 Prozent der Größe des menschlichen Genoms. Albertin analysierte verschiedene alte bekannte Genfamilien des Riesenkalmars und zog Vergleiche zu den vier anderen Cephalopodenarten, die bereits sequenziert wurden, sowie zu dem menschlichen Genom.
Sie stellte fest, dass wichtige entwicklungssteuernde Gene fast aller Tiere (Hox und Wnt) als Einzelkopien nur im Genom des Riesenkalmars vorlagen. Das bedeutet, dass dieses gigantische, wirbellose Tier, das lange eine Quelle für Seemannsgarn war, NICHT durch die Duplizierung des gesamten Genoms so groß wurde – eine Strategie, die die Evolution vor langer Zeit anwandte, um die Größe von Wirbeltieren zu steigern.
Zu wissen, wie diese Kalmarspezies so riesig wurde, verlangt daher eine weitere Untersuchung ihres Genoms. “Ein Genom ist der erste Schritt zur Beantwortung einer Menge Fragen über die Biologie dieser sehr eigenartigen Tiere”, sagte Albertin. Dazu gehört etwa die Frage, wie sie das größte Gehirn unter den wirbellosen Tieren entwickelten, oder Fragen zu ihrem Verhalten und Agilität oder ihre unglaubliche Fähigkeit zum plötzlichen Tarnen.
“Obwohl Cephalopoden viele komplexe und ausgefeilte Merkmale besitzen, nimmt man an, dass sie sich unabhängig von den Wirbeltieren entwickelten. Durch das Vergleichen ihrer Genome können wir fragen, ob Cephalopoden und Wirbeltiere auf die gleiche Art aufgebaut sind oder unterschiedlich”, sagte Albertin.
Albertin identifizierte im Genom des Riesenkalmars auch mehr als 100 Gene aus der Protocadherin-Familie, die bei wirbellosen Tieren typischerweise nicht häufig vorkommen. “Man vermutet, dass Protocadherine wichtig dafür sind, ein komplexes Gehirn korrekt zu verschalten”, sagte sie. “Sie wurden für eine Innovation der Wirbeltiere gehalten, deshalb waren wir wirklich überrascht, als wir im Jahr 2015 mehr als 100 von ihnen im Genom des Oktopus fanden. Das schien ein überzeugender Beleg dafür zu sein, wie ein komplexes Gehirn entsteht. Und im Genom des Riesenkalmars haben wir ein vergleichbares Ausmaß an Protocadherinen gefunden.”
Zuletzt analysierte sie eine Genfamilie, die (bislang) nur bei Cephalopoden vorkommt, die sogenannten Reflektine. “Reflektine codieren ein Protein, das an der Entstehung des Schillerns beteiligt ist. Die Farbe ist ein wichtiger Teil der Tarnung, daher versuchen wir zu verstehen, was diese Genfamilie tut und wie sie es tut”, sagte Albertin.
“Das Genom des Riesenkalmars zu haben, ist ein wichtiger Schritt, der uns zu verstehen hilft, was einen Cephalopoden zu einem Cephalopoden macht. Und es kann uns auch helfen zu verstehen, wie bei der Evolution und Entwicklung neue Gene entstehen”, ergänzte sie.
Abhandlung: “A draft genome sequence of the elusive giant squid, Architeuthis dux” von Rute R. da Fonseca, et al (2020), GigaScience, DOI: 10.1093/gigascience/giz152
(THK)
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