现存的头足类动物分为较为原始的鹦鹉螺亚纲和蛸亚纲，其中蛸亚纲包括我们熟悉的章鱼、鱿鱼和乌贼。一直以来，章鱼、鱿鱼和乌贼等蛸亚纲头足类动物被认为是具有智慧的物种，甚至被称为“地球上的外星人”。
这不仅仅是因为它们可以灵活地使用工具，比如打开瓶瓶罐罐，或者喷出墨汁来表达整蛊敌人，更重要的是，它们小小的大脑里所蕴藏的智慧超出了大家的想象。即便是对于那些长期研究这一物种的生物学家们来说，蛸亚纲头足类动物的高智商还是令人感到十分惊讶——这一物种的智力水平甚至可以与 5 岁幼儿相媲美。
最近，根据来自美国海洋生物实验室的神经生物学家Joshua Rosenthal发表在《细胞》杂志上的文章显示，章鱼所在的蛸亚纲头足类动物竟然还拥有大规模篡改遗传学中心法则的能力。
Joshua Rosenthal
一般来讲，生命体在需要生成新的蛋白质的时候，通常都是由RNA充当基因信息DNA传递的媒介，而 RNA 作为信使也是要严格执行这一传递的任务，理论上不会出现任何偏差。
然而，蛸亚纲头足类动物特殊的地方是，它们会对自己的信使RNA进行重新编辑。这样一来，最后制造出来的蛋白质也会和预先设定的有所不同。
一些科学家认为，这样的系统可能已经产生了一种特殊类型的进化，即基于RNA编辑，而不是传统的DNA突变——而这很可能是蛸亚纲头足类动物具有复杂行为和高智商的最主要原因。
蛋白质产生机制
科学家发现，鱿鱼脑中超过60％的RNA转录子是自发重新编码的。而在其他动物中，无论是果蝇还是人类，这种重新编码事件的概论仅有1％。同样高水平的RNA编辑也在其他“高智商” 蛸亚纲头足类中被发现，包括一种墨鱼和两种章鱼。
这样的RNA编辑机制目前仍在研究之中。Rosenthal如此问道：“编辑什么时候开始，由什么环境诱发？这可能就像自然界中温度变化那样自然，也有可能像在大脑中建立经验、记忆形式那么复杂。”
不过，这种改变也意味着一种舍弃，研究人员将之描述为，“优化选择过程中的编辑行为明显抑制了基因组的自我进化。”换句话说，这些头足类动物的基因已经不会像其它动物那样在恶劣的生存环境中快速进化了。
我们要熟悉章鱼整个“编辑”的过程，就需要对其中所涉及的重要物质进行必要的了解：
首先，最重要的就是可被视为合成蛋白质遗传指令信使的RNA。当生命体发出要构建新的细胞的指令后，DNA就会自我复制一份相同信息到RNA上，但与原版DNA不同的是，创建后的RNA没有双螺旋结构，链条也更短，没有冗余的信息，只包含这次要制造的新的蛋白质所需的信息。
接下来，就是创建蛋白质的真正主体核糖体，开始对RNA的信息序列进行读取的过程。
DNA中存在大量不编码蛋白质的内含子结构。在DNA向RNA转录的过程中，内含子通常会被剪切删除。但是，内含子中的一串特殊序列可以使它与一种叫ADAR的酶相结合进而实现真正的RNA编辑。这种酶可以在RNA中进行单点编辑，将腺嘌呤（A）转化为次黄嘌呤（I），核糖体解析它为鸟嘌呤（G）。
核糖体示意图
这种单点性质的编辑就类似于一个小小的修改器，足以改变蛋白质的功能作用。理论上，它甚至还可以改变基因的复杂程度：因为人类原本只具有两个既定基因的拷贝，在增添几个以上述方法编辑过的RNA点位之后，各类型的蛋白质的数量就会呈指数爆炸式上升。
而动物恰恰可以利用这一点来调整自身的生理机能，以适应外界环境的变化，例如，当气温发生变化时，章鱼就会重新编辑RNA来使其蛋白质适应不同的温度。
不过值得注意的是，虽然前文所提到的“基因编辑”所需要的酶是大多数生物都具备的，但它并不被普遍使用。事实上，密歇根大学进化生物学家张建之(Jianzhi George Zhang）认为，RNA再编辑应该是一件有害的事情。
张建之
学界也对对这一件事产生了共识，即大部分生物都在进化的过程中有过“RNA再编辑”的尝试，绝大多数都以失败告终，从这个角度讲，章鱼应该算是一例“幸存者”了。
Rosenthal曾经研究乌贼的体内的某种特定蛋白，这也让他意识到蛸亚纲头足类动物可能会一种很不一样的生物。当他每次分析其RNA序列时，呈现的结果都会有所不同：这些RNA中的次黄嘌呤（I）偶尔会替代腺嘌呤（A）。
于是，Rosenthal开始猜想，乌贼是否会对其他类型的蛋白质也进行这类RNA编辑。
近日公布的结果显示，包括乌贼、章鱼和墨鱼在内的智能软体动物家族，在其基因中具有数千个RNA编辑位点——也就是说，如果把人类、昆虫和其他多细胞生物的遗传物质比作一本书，那么乌贼的基因物质更像是一个疯狂的填词游戏。
那为什么在大多数生物都淘汰掉RNA编辑时，头足类动物却依旧保留着这种能力？答案似乎在于其RNA编辑点位中形成的一种神奇的“双链苜蓿叶”结构，这中结构携带的信息就好比RNA编辑的标签。
当科学家研究章鱼、乌贼和墨鱼时，他们发现，这些物种保留了大量这类遗传信息，而付出的代价就是基因组没有太多的进化。Rosenthal说：“基因编辑能力对头足类动物来说太重要了，以至于它们可以因此放弃普遍意义上的进化标准。”
于是，研究人员假设，对于蛸亚纲头足类动物而言，形成一个复杂的大脑是十分值得的。研究人员在它们的脑组织中发现了许多编辑过的蛋白质，从而可以产生精细的神经元树突和轴突，并调整了神经元通过的电信号。也许，RNA编辑作为用来创造更复杂大脑的手段，允许这些物种使用工具、伪装自己、以及进行沟通。
然而，这只不过是一个假设。研究人员并不能准确地说明RNA编辑的时间和位置，甚至是什么结束——尽管研究人员已经表明，编辑关键脑蛋白质会改变这些蛋白质的功能。
蛋白质的分子结构
Rosenthal希望了解，RNA编辑在这些海底捕食者的智力中可能发挥的作用，因为他认为发现背后的原理可能会帮助囊性纤维化等人类疾病的治疗。
无论如何，这仍然是一个遥远的目标，但让人感到安慰的是，人类可能终将知道这些“地球外侨”已经存在数百万年的秘密。
参考资料：
Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2017.03.025
https://www.wired.com/2017/04/cephalopod-gene-editing/
[url=]http://theconversation.com/octopuses-can-defy-their-genetic-instructions-and-its-slowed-down-their-evolution-75663[/url]
[url=]http://www.sciencemag.org/news/sifter/octopuses-can-completely-remodel-their-own-genetic-material[/url]
发表于 2017-4-10 13:10
收藏
分享