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Nature:章鱼为何“超凡脱俗”?

发布时间:2015-08-26 14:28 |  点击次数:

       鱼是世界上最奇怪的生物之一。三个心脏,八个抓握手臂并内衬吸盘,每个触手有独自神经元丰富的“大脑”,皮肤能迅速改变颜色和纹理,精妙伪装和怪异智慧,章鱼的确是地球上独一无二的生物。根据最新Nature期刊的一篇研究表示,章鱼有一个令人吃惊的大而复杂的基因组。芝加哥大学,加州大学伯克利分校,德国海德堡大学和日本冲绳科学技术研究所的科学家们联合参与了这项研究。他们针对十二种不同类型的章鱼组织的进行了基因谱的检测。这是第一次对章鱼进行基因组测序的研究,解释了一个单纯的软体动物如何演变成一种超凡脱俗的存在,为生物的独特能力的解释提供了线索。

以色列耶路撒冷大学的神经生物学家Benny Hochner20年的章鱼神经生理研究经验,他评价这篇研究时候说:“了解基因组是十分重要的,因为它让我们认识到章鱼如何进化出复杂的认知能力。”

研究人员希望了解头足类—一种自由浮动的软体动物,是如何产生这种极其聪明(在非常复杂的迷宫能自由导航或打开装满美味螃蟹的罐子)的生物。令人吃惊的是,他们发现章鱼基因组竟然堪比人类,并且含有很多的蛋白质编码基因—约3.3万个,而我们人类的蛋白质编码基因少于2.5万。

这些特性让研究人员考虑是否章鱼有全基因组倍增的现象(即遗传物质加倍,在进化中出现的性能)。但是,他们没有找到章鱼全基因组复制任何证据。仔细分析后,研究小组发现基因组的增长集中在两个基因家族的急剧扩张与数百个新基因,重复序列的引入。

其中最显着的基因组是原钙粘附蛋白protocadherins,作用是调节神经元的发展和它们之间的短距离相互作用。章鱼有168这种基因—超过哺乳动物的两倍。这种情况下的生物一般有异常大的大脑和奇怪的器官解剖结构。章鱼的5亿神经元(是小鼠的三倍)中,三分之二从其头部分洒样分布到触手,并没有如同脊椎动物那样的长轴突神经纤维。独立执行计算的章鱼触手,甚至在被肢解后依然能执行认知功能(即使切断后,触手仍然会退缩,脱离危险)。这种特殊之处使得神经生物学家选择用章鱼作为神经学研究对象,或者用在开发柔软,灵活的机器人。

参与发育的其中一个基因家族——锌指转录因子(zinc-finger transcription factors),也是章鱼基因组中的一个大家族。它是在动物体内发现的第二大基因家族,包含大约1800个基因,第一大的是大象的2000个嗅觉受体基因。

分析还发现了上百个其他基因为章鱼所特有的,并在特定组织高表达。例如它的吸盘中,表达一种神经的基因,类似于编码神经递质乙酰胆碱受体的基因。该基因似乎能赋予章鱼的吸盘非凡的品尝能力。科学家们还确认了六个蛋白质编码基因称为reflectins,表达在章鱼的皮肤。这些蛋白改变章鱼身上的光路反射,造成不同的颜色外观。这也是章鱼伪装自己的诸多方法之一。

另一个发现暗示章鱼智力的基础。基因组中包含一个特殊的系统,可以让组织迅速修饰蛋白质以改变其功能。电生理学家预测,这可以解释章鱼如何调适它们的神经网络性能,保证这种非凡的学习和记忆能力。

章鱼在软体动物门的地位说明了它壮观的进化。Hochner表示,简单的软体动物,比如说蚌,只是坐在泥里过滤食物。然后我们也有“牛气”的章鱼,去除了它的外壳,并在水中进化成具有最复杂行为的软体动物。(生物谷Bioon.com

原文链接:http://news.bioon.com/article/6672196.html