章鱼的智力可能与前所未见的突变有关

为什么有些章鱼如此聪明？答案可能在于一种前所未见的突变，这种突变可以帮助它们准确地构建蛋白质科学家们在某些章鱼的核糖体 RNA 中发现了一个奇怪的特征，这种分子可以为细胞蛋白质工厂创建 3D 支架。研究人员在研究加州两点章鱼时发现了这种现象，这种现象仅存在于浅水生物中，这些生物具有扩展的神经系统并能做出复杂的行为。 Anik Grearson / Bellono 实验室章鱼是非常聪明的生物。他们可以打开罐子、解决迷宫甚至使用工具。其中一种是普通的毯子章鱼，它使用从葡萄牙战舰上撕下来的有毒触手作为武器。现在，研究人员在一些章鱼中发现了一种神秘的突变，这或许可以解释它们的智力。 8 月 17 日发表在《当代生物学》杂志上的一项研究表明，这种八肢生物能够极其准确地产生蛋白质，这要归功于其他动物中从未见过的变异。尽管没有直接证据表明这种适应与章鱼脑力的扩大有关，但只有神经系统扩大且能够执行复杂行为的生物谱系似乎具有这种突变。科学家们偶然发现了这一点。大约五年前，该研究的合著者理查德·汉（Richard Han）当时是哈佛医学院的研究生，他正在检查加州两点章鱼组织中一种名为核糖体 RNA (rRNA) 的分子。这些分子为核糖体（细胞的蛋白质工厂）创建了 3D 支架。在所有已知动物中，许多 rRNA 序列几乎保持相同。但汉注意到章鱼身上有一些不寻常的地方：一个意想不到的缺口将其他生物中通常只有一个 rRNA 片段分成了两部分。该研究的合著者、哈佛大学分子生物学家尼古拉斯·贝洛诺 (Nicholas Bellono) 对《科学》杂志的萨拉·里尔登 (Sara Reardon) 表示，“我们认为我们在提取 RNA 方面表现不佳”，只是犯了一个错误。然而，进一步的测试证实还发生了其他事情。在大肠杆菌的核糖体中插入相同的断裂，使得工程细胞产生的蛋白质的准确度约为平时的两倍。为了研究这种奇怪的 rRNA 特征何时进化，研究小组比较了 1 亿多年前分化的两类章鱼：一种是浅水章鱼，其神经系统发达，可支持复杂的行为；另一种是深海生物，其神经系统较简单，适合缓慢游泳和被动进食。研究小组发现，rRNA 断裂存在于所有五个被检查的 incirate 物种中。但来自环类动物（具体来说是小飞象章鱼）的样本却没有这个间隙。大约 3 亿年前从章鱼分化而来的鱿鱼也没有它。有趣的事实：自我编辑头足类动物是一个包括章鱼、鱿鱼、乌贼和鹦鹉螺在内的动物群体，它们是编辑自身 RNA（携带 DNA 指令以帮助构建蛋白质的分子）的大师。他们比其他生物更频繁地这样做。在 2023 年发表的一项研究中，研究人员报告说，章鱼会大量编辑大脑中的 RNA，以抵御冰冷的水。研究结果暗示，rRNA 的适应可能与浅水章鱼大型神经系统的进化有关。当它们学会跟上捕食者和在这种环境中日益激烈的竞争时，它们的大脑遍布全身，必须迅速扩张。研究合著者 Rishav Mitra 告诉《科学美国人》的 Cody Cottier，神经细胞或神经元的寿命很长，这意味着蛋白质错误折叠对它们尤其不利。他补充道，通过防止这种情况发生，rRNA 断裂“可能有助于这些神经元正常工作”。 “最令人惊讶的是，在整个生命过程中高度保守的核糖体实际上可以经历影响功能的进化变化，甚至可能有助于新的创新，”研究合著者、哈佛大学细胞生物学家艾米·李在一份声明中说。海洋生物实验室的分子生物学家约书亚·罗森塔尔（Joshua Rosenthal）并未参与这项工作，他称这一发现“非常有趣”，尽管他指出还需要更多的研究来证明 rRNA 的变化是否推动了复杂的大脑和行为的进化。 “我们刚刚开始研究这些生物体的遗传学，”他告诉《科学》杂志。研究作者怀疑他们的发现可能会为神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）带来潜在的治疗方法，这些疾病涉及大脑中错误折叠的蛋白质。李告诉《科学美国人》，她希望能够设计出复制章鱼突变的药物，以实现精确的蛋白质合成。她说，如果我们“以自然为指导来理解这是如何自然发生的，那么我们可能就能找到将其放入人体细胞的方法。”每个工作日在收件箱中获取最新故事。