章魚、魷魚和其他頭足類動物似乎已經足夠奇怪了，但它們可能已經找到了一種進化方式，這種方式幾乎與地球上所有其他多細胞生物都不同。
對於大多數動物來說，可能對生物體有益的變化主要發生在分子生產過程的開始階段。突變發生在 DNA 中，然後轉錄成 RNA；然後 RNA 被翻譯成改變的蛋白質。
但頭足類動物並非如此——至少不完全是這樣。《細胞》雜誌發表的一項新研究報告稱，這些水族館中的奇異生物可以修改其體內發現的蛋白質，而無需改變其 DNA 藍圖的基本序列。因此，頭足類動物在它們存在的億萬年間似乎變化非常緩慢。研究結果還表明，章魚及其帶觸角的近親可能比之前認為的要古老得多。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
這篇新論文報告了一種稱為“RNA 編輯”的過程，該過程涉及酶將一個 RNA 鹼基（或 RNA/DNA 字母表中的氮基“字母”）換成另一個，大概是為了生物體適應其環境。RNA 編輯在大多數動物中很少使用。例如，在人類中發現的約 20,000 個基因中，據認為只有幾十個位點會改變其 RNA，使其不再與原始 DNA 模板匹配。
然而，之前的研究（部分由同一作者完成）表明，章魚和魷魚相當頻繁地使用該過程來應對海水溫度的變化。這項新研究著眼於多種頭足類動物的 DNA 序列、RNA 序列和蛋白質組——意味著特定細胞或組織中編碼的所有蛋白質——以確定 RNA 編輯的普遍程度。事實證明，非常普遍。
魷魚也有大約 20,000 個基因，其中高達 11,000 個基因編碼的 RNA 在某些情況下會進行編輯。在兩種章魚和常見的烏賊中也發現了類似程度的編輯。在鸚鵡螺（一種更原始的頭足類動物）和非頭足類動物對照（一種名為海兔的軟體動物）中，RNA 編輯水平要低得多。RNA 編輯在頭足類動物的神經系統中尤其高，包括在編碼離子通道的基因中，離子通道促進神經元之間的電訊號通訊。
更重要的是，如此廣泛的 RNA 編輯似乎有助於最大限度地減少頭足類動物 DNA 在它們存在至今的億萬年間的變化。與大多數動物物種不同，它們的基因組充滿了數百萬年的突變，這些突變幫助它們適應動盪的世界，頭足類動物的適應似乎更多是 RNA 編輯的結果。
論文合著者、海洋生物實驗室的頭足類動物神經生物學家約書亞·羅森塔爾說，無論 RNA 編輯最初是如何進化的，對 RNA 編輯的嚴重依賴實際上會確保頭足類動物的 DNA 在數千年內保持相當穩定。畢竟，用於編輯 RNA 的蛋白質需要識別各種 RNA 複合物。因此，編碼生成這些特定蛋白質的 RNA 的 DNA 必須保持一致。換句話說，在依賴 RNA 編輯生存的動物中，任何干擾該過程的突變都可能無法存活到下一代。“如果魷魚和章魚想要編輯一個鹼基，它們必須保留底層的 RNA 結構，”羅森塔爾說，“這意味著 RNA 結構無法進化。如果它由於 DNA 突變而積累突變，它將不再被編輯酶識別。我們通常認為突變是進化的貨幣。但在這種情況下，它們的積累受到抑制。”
2015 年，芝加哥大學神經生物學家克利夫頓·拉格斯代爾和他的團隊發表了第一個頭足類動物基因組，即章魚的基因組。克利夫頓還注意到 RNA 編輯程度異常高。“我們也看到了同樣的情況，”他回憶道。“但這篇新論文提供了更多資訊，並提出了有趣的想法——RNA 編輯可能不是僅僅使用常規的舊基因組進化，而可能是一種產生分子多樣性的方法，尤其是在它們的神經系統中。你可以想象，它是頭足類動物進化的另一種引擎。”
為什麼要編輯 RNA？
沒有人知道為什麼頭足類動物如此熱衷於 RNA 編輯。也許與等待隨機突變發生相比，這是一種更快、更簡單的適應環境的方式。或者，也許它更適合它們相對較短的壽命。
頭足類動物生長迅速，壽命短暫。大多數只能活幾年，而且只繁殖一次。拉格斯代爾認為 RNA 編輯可能有助於它們在通常孤獨、短暫的生命中航行。“這也許可以解釋為什麼它們如此擅長解決問題。沒有人能教它們如何認識世界！”拉格斯代爾說，“如何建造它們的巢穴。如何偽裝自己和攻擊獵物。它們是獨立的，幸運的是，它們有發達的大腦，可以理清事務。”
羅森塔爾認為 RNA 編輯為頭足類動物提供了另一種環境適應性的手段，並計劃進行後續研究以檢驗他的理論：“它可以開啟和關閉某些 RNA。我們想看看哪些環境因素會影響 RNA 編輯過程——比如溫度變化……也許更復雜的東西，比如經驗。”
關於頭足類動物的傳說可以追溯到幾千年前。亞里士多德寫過各種形式的“魷魚”；海邊文化長期以來一直害怕神話般的、帶觸角的野獸，如挪威海怪；當然，儒勒·凡爾納在我們心中根深蒂固了巨型魷魚與尼莫船長的蒸汽朋克潛艇戰鬥的形象。最近，魷魚為神經科學做出了貢獻。我們對神經元如何相互交流的大部分了解始於 20 世紀 40 年代和 50 年代對貫穿魷魚身體的極長神經元的實驗。因此，也許羅森塔爾的新發現表明頭足類動物可能在地球物種中擁有獨特的榮譽，這是恰如其分的。
與化石記錄一起，物種通常透過分析它們積累的突變數量來確定年代——在大多數物種中，這些基因突變以穩定的速度發生，從而建立一種可用於計算進化時間線的“分子鐘”。如果 RNA 編輯允許頭足類動物 DNA 的變化以明顯慢於通常假設的速度發生，那麼這些動物很可能比當前時間線表明的要早數百萬年出現。換句話說，它們所攜帶的 DNA 突變需要更長的時間才能出現。
“這可能意味著我們對不同頭足類動物譜系何時出現和分化的分子鐘估計可能太晚了，”拉格斯代爾說。“諾貝爾獎得主生物學家悉尼·布倫納曾經說過，章魚是地球上第一批智慧生物。這可能證明他是對的。”