Hlavonožci patří k tomu nejúžasnějšímu, co příroda nabízí. Mezi bezobratlými živočichy vynikají vysokou inteligencí. Zdá se, že vládnou tzv. epizodickou pamětí, což je v živočišné říši s výjimkou člověka poměrně vzácné. Dokážou odolat pokušení, pokud se za to s odstupem času dočkají odměny. Vládnou tedy odložením uspokojení, a to je schopnost, které se nedostává mnoha zástupcům Homo sapiens.

 

Nervová soustava hlavonožců má přitom krajně netradiční uspořádání, které na první pohled intelektuálním výkonům zrovna nenahrává. Chobotnice pobřežní (Octopus vulgaris) je vybavena asi 500 miliony neuronů, ale jen 200 milionů jich má uloženo v prostoru mezi očima v mozku rozčleněném na laloky. Zbývajících 300 milionů neuronů vytváří v osmi ramenech chobotnice nervové provazce. Některé zajišťují obousměrnou komunikaci mezi rameny a mozkem. Mozek např. jejich prostřednictvím posílá povely do ramene, jež se mu jeví jako nejvhodnější pro určitou činnost. Opačným směrem putují po provazci hmatové a chuťové vjemy sbírané smyslovými buňkami v přísavkách. Další provazce ale zajišťují přímou komunikaci mezi rameny a mozek zcela míjejí. Chobotnice přitom nepropojuje každé rameno s každým. Provazec vycházející z prvního ramena míjí dvě sousední a míří až do třetího. První rameno tak komunikuje jen se 4. a 6., druhé pouze s 5. a 7., třetí s 6. a 8. atd. Ramena jsou díky tomuto uspořádání do značné míry nezávislá na mozku a často konají autonomně. Názorným příkladem je hektokotyl samců určený k vnášení spermií do pohlavních orgánů samice. Ten dokončí svou misí i poté, co došlo k jeho oddělení od samcova těla.

 

 

Genetická specifika hlavonožců

K vysoké inteligenci předurčují chobotnice a sépie zvláštnosti dědičné informace, které v řadě ohledů připomínají rysy genomů obratlovců. Některé úseky DNA mají hlavonožci extrémně zmnožené. Platí to třeba o genech pro bílkoviny známé jako protokadheriny nebo pro bílkoviny označované jako zinkové prsty typu C2H2. U obratlovců plní protokadheriny důležitou úlohu při propojování neuronů v mozku. Savci mají těchto genů 50 až 70, ryby dokonce něco přes stovku. Bezobratlí živočichové, jako jsou mušky octomilky, je zcela postrádají, ale hlavonožci jich mohou mít více než 300. Geny pro zinkové prsty typu C2H2 řídí činnost jiných genů. Bezobratlým jich obvykle stačí 200 až 400, lidé si jich v genomu nesou kolem 700, ale hlavonožci jich používají tisíce.

 

Genetickou podobnost mezi mozky obratlovců a hlavonožců podtrhuje také velké množství tzv. skákajících genů čili transpozonů. Ty buď samy sebe vystřihnou z dvojité šroubovice DNA nebo vytvářejí vlastní kopie. Takto vzniklé „volné“ geny se pak „vmáčknou“ na nová místa dědičné informace. V lidském genomu zabírají skákající geny asi 45 % a jejich zvýšené aktivitě v nervových buňkách během vývoje se připisuje velký podíl na výkonnosti lidského mozku. Náhodně vmáčklé transpozony rozrůzní dědičnou informaci neuronů. Ty se díky tomu chovají velmi rozličně a mnohé z nich pak lépe plní své funkce. Skákající geny tím posílí třeba část mozku zvanou hipokampus, která sehrává klíčovou roli při ukládání informací do paměti a při učení. Jistě ne náhodou mají genom zavalen transpozony také chobotnice.

 

Další pozoruhodnou analogií mezi nervovým systémem hlavonožců a obratlovců je obrovsky rozšířený sortiment genů, podle kterých si buňky vytvářejí krátké řetězce ribonukleové kyseliny. Tyto tzv. mikroRNA slouží jako velmi účinný nástroj pro řízení aktivity genů a hlavonožci jejich služeb hojně využívají. Produkují je ve velkém v nervové tkáni, a především v mozku. U žádného jiného bezobratlého živočicha genetici tak bohatou kolekci mikroRNA nenašli.

 

Editace RNA

Zcela výjimečným rysem hlavonožců je schopnost editace molekul kyseliny ribonukleové. Obratlovci se přizpůsobují prostředí tak, že u nich evoluce upřednostní výhodnější varianty dědičné informace uložené ve dvojité šroubovici DNA. Medvěd hnědý a medvěd lední se evolučně rozešli zhruba před 400 000 lety a nesou proto v dědičné informaci podobné geny. Pár odlišností v písmenech genetického kódu zajistí medvědu lednímu lepší šance na přežití v krutých podmínkách Arktidy. Podle odlišných genů se vytváří v buňkách pozměněné molekuly kyseliny ribonukleové a podle nich pak vznikají i poněkud jiné bílkoviny s výhodnějšími vlastnostmi.

 

Hlavonožci řeší adaptaci na životní podmínky úplně jinak. Když vědci porovnali geny chobotnic z tropických a polárních moří, nezjistili u nich odlišnosti v klíčových genech. Kupodivu se však lišily bílkoviny, které podle totožných genů vznikaly. Ukázalo se, že chobotnice se bez změn v DNA obejdou, protože umí měnit molekuly kyseliny ribonukleové. Provedou v nich korekce a buňky podle nich syntetizují bílkoviny potřebných vlastností – jiné pro život v horku tropického moře a jiné pro chlad moří za polárním kruhem. Obratlovci také zvládají editaci RNA a u člověka k ní dochází i v mozku, ale v neskonale menším rozsahu než u chobotnic. Rozsáhlá editace RNA je tak zřejmě dalším z evolučních triků, jimiž se hlavonožci dopracovali k výkonnému mozku.

 

Genetické modifikace

K odhalení tajemství výkonné nervové soustavy hlavonožců by mohly významně přispět metody genového inženýrství. Bohužel, právě chobotnice a sépie se moderním metodám zatvrzele vzpírají. Vědci si hodně slibovali od revoluční technologie CRISPR, ale ani s tou se dlouho nedočkali významnějšího pokroku. Teprve v roce 2023 se podařilo hlavonožcům pomocí metody CRISPR vyblokovat některé geny. Když vědci vyřadili z činnosti gen klíčový pro tvorbu pigmentu, získali sépie albíny.

 

Pro výzkum funkcí nervového systému hlavonožců by byly velkým přínosem metody, kterými by se daly vnášet do genomu chobotnic či sépií nové geny. Umožnilo by to například sledování aktivity neuronů u jedinců, kterým by vědci vnesli do genomu gen pro fluoreskující protein tak, aby k jeho produkci docházelo ve chvíli, kdy je neuron podrážděn. To však naráží na neskutečné obtíže. U obratlovců jsou genetické modifikace pomocí CRISPR a dalších podobných technik pro tzv. editaci genomu, poměrně jednoduché. Stačí vpíchnout příslušné molekulární nástroje a geny do oplozeného vajíčka a mít dostatek trpělivosti.

 

U hlavonožců je už samotná injekce molekulárních nástrojů pro genové inženýrství do oplozeného vajíčka zapeklitá operace, protože vajíčko je obklopeno vrstvami obalů, které je nutné odstranit a buňku přitom nepoškodit. Ani pak není cesta ke geneticky modifikované sépii jednoduchá. CRISPR se u hlavonožců ukázal jako zpropadeně neúčinný. Tessa Montagueová z Columbia University injikovala 4000 oplozených vajíček drobné sépie Ascarosepion bandense, než získala jediného samečka nesoucího v dědičné informaci gen pro fluoreskující protein.

 

O něco lepších výsledků dosáhla s využitím transpozonů. K tomu bylo nutné nalézt v genomu sépie sekvence, které zajistí aktivitu vnášeného genu. I to se nyní podařilo a Tessa Montegueová zveřejnila výsledky experimentů v preprintu na databázi bioRxiv. Její sépie svítí červeným fluorescenčním proteinem. Zdaleka to tedy nejsou živočichové, kteří by „rozsvěceli“ podrážděné neurony. Ale je to významný progres na cestě k tomuto cíli. Metoda využívající transpozon Minos se ukazuje jako celkem schůdná.

 

Další želízka v ohni

Zároveň se rýsuje pokrok i při genetické modifikaci chobotnic. Tam vědcům komplikuje práci fakt, že chobotnice sice uvolní najednou i statisíce vajíček, ale rozmnožují se jen jedinkrát za život a následně hynou. Přesto se týmu Eve Seuntjensové z Katolické univerzity v Lovani podařilo geneticky modifikovat chobotnici. Vědci vyřadili z činnosti gen klíčový pro vývoj části mozku, jež je nezbytná pro uchovávání informací v paměti a pro učení. Efekt této genetické modifikace však mohli sledovat pouze u embryí, protože evropská legislativa zakazuje na hlavonožcích zákroky, po kterých by zvířata mohla trpět. A absence části mozku a následně i případná ztráta paměti a schopnosti učení je z tohoto hlediska hodnocena jako nepřijatelná. (Netřeba se děsit, co platí pro hlavonožce, to se netýká lidských obyvatel EU. Ti se učit nemusí a zapomínat smějí. To je zcela v pořádku.)

Navzdory všem problémům se zdá, že se v oboru genetických modifikací hlavonožců blýská na lepší časy na vícero frontách. Tým vedený Cristopherem Niellem z University of Oregon pracuje na virech, které by vnášely do embryí hlavonožců požadované geny. To by vědcům práci značně ulehčilo. Tessa Montagueová zahajuje experimenty, které mají za cíl získat sépie s neurony svítícími při podráždění.

 

Máme se tedy na co těšit. U myší a potkanů se například podařilo razantně posílit kognitivní funkce zvýšením aktivity jednoho jediného genu v přední části mozku. Zvířata pak měla třeba výrazně lepší paměť nebo prostorovou orientaci. Povede se podobně posílit kognitivní funkce hlavonožců? A co budou zvládat? Anebo bude i posílení kognitivních funkcí vnímáno jako týrání a pokusy půjdou „k ledu“?

##seznam_reklama##

V tom případě se můžeme těšit, že se novinky z tohoto oboru budeme dozvídat z krajin mimo Evropu, kde si s podobnými otázkami hlavu tolik nelámou. V Číně už například proběhly experimenty, při kterých byly makakům vneseny do dědičné informace varianty lidských genů, kterým připisujeme podíl na výkonnosti lidského mozku. Opice byly opravdu o poznání chytřejší. Představy, že je to jen předehra k tvorbě lidských géniů, jsou liché. Výsledky podobných experimentů najdou mnohem spíš uplatnění při prevenci či léčbě neurodegenerativních onemocnění, jako je např. Alzheimerova choroba.

 

Prameny:

Montague T. et al.: Generation of a transgenic cephalopod. bioRxiv doi: https://doi.org/10.64898/2026.09.23.753964

Reardon S.: First glowing cuttlefish marks a genetic engineering milestone. Science , 12-13.

 

Video: Chobotnice vs Podvodní bludiště