Der rätselhafte „Vampirtintenfisch aus der Hölle“ hat soeben das bislang grösste sequenzierte Kopffüsser-Genom hervorgebracht: ein Ungetüm mit mehr als 11 Milliarden Basenpaaren – und damit mehr als doppelt so gross wie die grössten bekannten Tintenfischgenome.
In seiner Mischung aus A, T, G und C verbarg sich eine weit zurückreichende Evolutionsgeschichte. Obwohl Vampyroteuthis infernalis kein echter Tintenfisch ist, hat die Art eine überraschend tintenfischähnliche Chromosomenarchitektur bewahrt – eine Anordnung, die schon der gemeinsame Vorfahre heutiger Kraken und Tintenfische besass.
Der Vampirtintenfisch ist ein faszinierender, zäh am Stammbaum der Kopffüsser hängender Seitenast. Er ist weder Tintenfisch noch Krake – und auch kein Vampir –, sondern der letzte einsame Überrest einer uralten Abstammungslinie, deren übrige Angehörige längst verschwunden sind.
Der Vampirtintenfisch als lebendes Fossil
In mancher Hinsicht gilt er als lebendes Fossil: Seine Geschichte reicht etwa 183 Millionen Jahre zurück, und neben Anpassungen an das Leben als Aasfresser der dunklen Tiefsee hat er zahlreiche Merkmale seiner Vorfahren erhalten.
Rudimentäre Spuren von Körperstrukturen und Eigenschaften, die der Vampirtintenfisch mit Tintenfischen, Kraken und Sepien teilt, liessen Forschende vermuten, dass er auch genetische Hinweise auf die rätselhaften Ursprünge dieser bemerkenswerten Tiere enthalten könnte – aus der Zeit vor ihrer Aufspaltung vor rund 300 Millionen Jahren.
„Der Vampirtintenfisch befindet sich genau an der Schnittstelle zwischen Kraken und Tintenfischen“, sagt der Genomforscher Oleg Simakov von der Universität Wien. „Sein Genom enthüllt tiefgreifende evolutionäre Geheimnisse darüber, wie aus einem gemeinsamen Vorfahren zwei auffallend unterschiedliche Linien entstehen konnten.“
Obwohl der scheue und schwer fassbare Vampirtintenfisch in für Menschen äusserst unwirtlichen Bedingungen in Tiefen von mehr als 600 Metern lebt, hatten die Forschenden Glück: Ein Exemplar geriet während Arbeiten des Forschungsschiffs T/V Hokuto der Tokai-Universität in der Suruga-Bucht versehentlich als Beifang ins Netz.
Rekordgrösse des Kopffüsser-Genoms
Als sie dessen DNA sequenzierten, überraschte sie die Grösse des Genoms von 11 bis 14 Gigabasen. Zum Vergleich: Das Genom des Langflossen-Küstentintenfischs (Doryteuthis pealeii) umfasst 4,4 Gigabasen, jenes des Hawaii-Zwergtintenfischs (Euprymna scolopes) 4,9 Gigabasen. Der bisherige Rekordhalter für das grösste bekannte Kopffüsser-Genom, die Gemeine Sepia (Sepia officinalis), kommt auf 5,5 Gigabasen.
Die Genome von Kraken sind noch kleiner: Der Kalifornische Zweifleckkrake (Octopus bimaculoides) erreicht 2,2 Gigabasen, der Ostasiatische Gemeine Krake (Octopus sinensis) 2,6 Gigabasen und der Gemeine Krake (Octopus vulgaris) 2,7 Gigabasen.
Damit ist das Genom des Vampirtintenfischs bis zu mehrere Male grösser als die Genome von Tintenfischen und Kraken.
Bemerkenswert ist zudem, dass gewaltige 62 Prozent seines Genoms aus repetitiven Elementen bestehen. Diese DNA-Abschnitte wiederholen sich immer wieder und vergrössern das Genom, ohne neue kodierende Sequenzen hinzuzufügen.
Chromosomen liefern Hinweise auf die Evolution
Anschliessend verglich das Forschungsteam das Vampirtintenfisch-Genom mit bereits sequenzierten Genomen anderer Kopffüsser. Dazu gehörten zehnarmige Tintenfische und Sepien (Decapodiformes), achtarmige Kraken (Octopodiformes), ein Nautilus sowie einige weitere Weichtiere.
Ausserdem sequenzierten sie das Genom des ausgesprochen ungewöhnlichen Schlamm-Argonauten (Argonauta hians), eines Kraken, bei dem die Weibchen ein äusseres Gehäuse tragen.
Die Vergleiche zeigten: Obwohl der Vampirtintenfisch ein achtarmiger „Octopodiform“ ist, besitzt er weiterhin Teile der Chromosomenstruktur seiner zehnarmigen Verwandten, der Decapodiformes. Eine Untersuchung verschiedener Kraken-Genome ergab zugleich, dass auch Kraken zu Beginn ihrer Evolutionsgeschichte eine tintenfischähnliche Chromosomenstruktur aufwiesen.
Im Lauf der Zeit verdichtete sich diese und verschmolz mit den krakenähnlichen Chromosomenelementen. Dieser unumkehrbare Vorgang wird als Fusion mit Durchmischung bezeichnet und könnte die Entwicklung spezialisierter Krakenanpassungen begünstigt haben.
Das deutet darauf hin, dass Kraken früh in ihrer Evolution eine Phase rascher Chromosomendurchmischung durchliefen, während die Chromosomen der Vampirtintenfische weitgehend unverändert blieben – selbst als ihre Genome stark anwuchsen.
Diese Ergebnisse machen den Vampirtintenfisch zu einem möglichen Rosetta-Stein für die Deutung und das Verständnis der Kopffüsser-Evolution.
„Der Vampirtintenfisch bewahrt ein genetisches Erbe, das beiden Linien – Tintenfischen und Kraken – vorausgeht“, sagt die Genomforscherin Emese Tóth von der Universität Wien. „Er erlaubt uns einen direkten Blick auf die frühesten Stadien der Kopffüsser-Evolution.“
Die Forschungsarbeit wurde in iScience veröffentlicht.
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