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如果沒有基因改變，我們將一事無成——好吧，也許只是在池塘裡遊蕩的單細胞生物。DNA 的改變，例如點突變、複製、重排和來自微生物鄰居的插入，幫助人類和我們遠古的祖先爬出沼澤，至少在我們這裡，開始在後院的游泳池裡游泳。
但是，這些基本的進化工具並不能完全解釋我們和其他生物是如何進化得如此複雜的。最近的研究表明，一種稱為 RNA 編輯 的過程，它在不改變基本基因藍圖的情況下調整某些酶的製造方式，使得生物體能夠調節重要的功能，例如神經系統功能和發育。
現在，章魚提供了首個證據，表明這種微調可以響應外部環境線索而發生，而不僅僅是內部發育線索。在週四線上發表於 Science Express 的一篇論文中，兩位研究人員解釋了 RNA 編輯如何使章魚能夠適應從波多黎各的溫暖水域到南極洲附近南大洋的冰冷深淵。
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“RNA 編輯為生物體提供了選擇，”波多黎各大學醫學科學園區神經生物學研究所的 Joshua Rosenthal，也是這篇新論文的合著者，在南卡羅來納州透過電話向我解釋說，他當時正在參加整合與比較生物學學會會議。“它為它們提供了一系列很酷的技巧和工具，它們可以用來自適應和適應環境。” 這項新發現特別有助於解釋章魚如何在熱帶淺海以及 南極洲海岸附近深海熱液噴口周圍約 2400 米深處 繁衍生息。
事實證明，頭足類動物似乎正在進行大量的 RNA 編輯，Rosenthal 說。而且可能有充分的理由。具有相同基本 DNA 組成的動物可以使用 RNA 編輯來微調各種過程，例如神經元之間的通訊。與硬連線的基因突變相反，RNA 編輯“為您提供了更好的選擇，因為它讓您決定是否要使用它，”Rosenthal 解釋說。不僅如此，而且“您可以決定要編輯多少，因此您可以獲得分級響應。”
Rosenthal 和他在波多黎各大學的博士研究員 Sandra Garrett 發現，章魚正在利用 RNA 編輯來適應周圍水域的溫度。我們恆溫動物不必太擔心溫度影響我們的神經元，因為我們將身體保持在穩定的 37 攝氏度。但是對於變溫動物，如章魚，溫度差異會對它們的神經網路造成嚴重破壞。神經系統中的通訊——用於運動和思維——由神經元放電的快速節奏控制。鈉離子通道啟動放電，鉀離子通道關閉放電。這兩種功能在低溫下都會減慢——更不用說冰島蛸生活的 1.8 攝氏度的水溫了——但鉀部分減慢的速度遠高於鈉部分。因此，如果沒有東西來平衡這些功能，神經訊號可能會完全失調。在接近冰點的南極溫度下，“通道的開放速度會比它們在溫水普通章魚同類中通常的速度慢約 14 倍，關閉速度慢約 60 倍”，Rosenthal 和 Garrett 在他們的論文中解釋說。這就是這些動物的 RNA 編輯派上用場的地方。南極章魚的編輯位點之一 (I321V) “使”鉀通道關閉的速率“提高了一倍以上”，這與其他編輯調整一起，將有助於使兩個通道更接近相同的速率，兩位研究人員在他們的論文中指出。
Rosenthal 和 Garrett 檢查了其他種類的章魚，以檢視它們是否具有相同的 RNA 編輯模式來控制其各自溫度環境下的神經元放電。果然，從接近 0 攝氏度的水溫中採集的兩種北極章魚，以及從波多黎各和下加利福尼亞州附近水域採集的兩種熱帶章魚，也顯示出 I321V 區域的廣泛編輯——以及大量的其他編輯。
Rosenthal 說，溫度適應可能只是章魚利用 RNA 編輯來響應環境的一小部分。它們可以“改變蛋白質功能以應對任何情況：飢餓、熱應激、學習——我認為這些都是合理的。”
章魚和魷魚似乎是研究 RNA 編輯的特別有希望的動物。儘管在從珊瑚到人類的生物體中都發現了該過程，但大多數對編輯位點的科學搜尋在掃描數千個位置後僅發現數十或數百個。然而，在頭足類動物中，Rosenthal 和 Garrett 僅透過觀察八個信使 RNA 就已經發現了約 100 個編輯位點。“頭足類動物真的把編輯放在心上了，”Rosenthal 說。
事實上，它們甚至似乎在編輯編輯 RNA，這使得編輯酶的種類更加多樣化。這種元編輯可能暗示了這些無脊椎動物（其軟體動物親戚包括蝸牛和扇貝）是如何變得如此令人著迷的複雜。
插圖由 Ivan Phillipsen 提供