是什么让章鱼的大脑如此独特？

本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Jana Schlütter（德国国家分子医学中心编辑），译者：伍壮士，校对：胡夏天，编辑：M.W.，头图来自：unsplash

以章鱼、鱿鱼、乌贼为代表的头足类动物是有着复杂神经系统的高等智力动物。德国国家分子医学中心的尼古拉斯·拉耶夫斯基（Nikolaus Rajewsky）团队在《科学进展》（Science Advances）期刊中指出它们的演化与其微小RNA（micro RNA， miRNA）数量的激增有关。

论文题目：

MicroRNAs are deeply linked to the emergence of the complex octopus brain

如果我们回溯演化史，会发现目前已知人类和头足类动物的最后一个共同祖先是一个智力低下、长有简单眼点的原始蠕虫样生物。

此后，动物界被分成了两种类别——有脊椎动物和无脊椎动物。

当脊椎动物特别是灵长类和其他哺乳动物发展出了具有多样认知能力的复杂脑时，无脊椎动物则截然相反。

除了一个特例：头足类动物。

科学家一直以来对“为什么只有这些软体动物中诞生了如此复杂的神经系统”这一问题感兴趣。现在，来自德国国家分子医学中心和达特茅斯学院（Dartmouth College）的一支国际团队提出了一个可能的答案。

章鱼既有中央大脑，又有可独立于脑支配行为的周围神经系统。—Nir Friedman

在《科学进展》期刊最近发表的论文中，他们发现章鱼的神经组织存在大量的微小RNA——而这与发生在脊椎动物中的演化相似。“所以，这就是连接我们和章鱼的东西！”论文的通讯作者、德国国家分子医学中心柏林医疗系统生物学研究所科学主任、基因调控因素系统生物学实验室负责人拉耶夫斯基教授认为，这个结果意味着微小RNA在复杂智能的发展过程中十分重要。

在2019年，拉耶夫斯基读了一篇基于章鱼的基因分析的论文。科学家在这些头足类动物中发现了很多RNA编辑，这意味着它们可以大量使用特定的酶再编码RNA。

“这使我想到，章鱼不仅仅善于RNA编辑，或许还藏着其它关于RNA的秘密。”拉耶夫斯基回忆道。于是，他与位于尼泊尔的安东·多恩水生动物研究站合作。该研究所曾给他提供18个来自死去章鱼的不同组织类型的样品。

分析结果是令人惊喜的。拉耶夫斯基说：“章鱼体内的确存在大量的RNA编辑，然而，其发生的位置却与我们预期的有出入。”

最有趣的发现实际上是一类很有名的RNA基因——微小RNA的激增。研究者们总共发现了42种新的微小RNA家族——具体来说，它们分布于神经组织中，并且大部分都在脑中。

考虑到在头足类的演化中，这些基因被保留了下来，该研究团队得出结论：这些微小RNA显然对动物有益，且在功能上很重要。

拉耶夫斯基已经在微小RNA领域研究超过20年了。这些基因不会被翻译成在细胞中指导蛋白合成的mRNA；它们编码的小片段RNA与mRNA结合，从而影响蛋白合成。

这些结合位点在头足类演化过程中同样也是被保留下来的——这一事实可以从另一个角度说明这些新的微小RNA在功能上十分重要。

在这只幼年章鱼中，我们可以看到它们复杂的相机般的眼睛。—Nir Friedman

新的微小RNA家族

“这是动物界中第三大的微小RNA家族，也是除脊椎动物以外最大的。”该论文的第一作者格里戈里·佐罗多夫博士（Grygoriy Zolotarov，乌克兰科学家，毕业于布拉格的医学院，目前在拉耶夫斯基实验室实习）说道。

佐罗多夫说：“为了让你能对这个数目之大有个概念，让我们来看看同样是软体动物的牡蛎。在它与章鱼共同的祖先分开演化后，牡蛎只多了5个微小RNA家族，然而章鱼却有90个！”他又补充道，目前人类尚未在牡蛎中发现智力的存在。

拉耶夫斯基对于章鱼的痴迷源于很多年前在加利福利亚州蒙特利湾水族馆的一次游玩。“我看到这个生物坐在水池的底部，我们花了几分钟进行互相观察。当然，是我单方面这么认为。”

拉耶夫斯基认为观察一只章鱼和观察一条鱼很不一样：“这听起来很不科学，但是章鱼的眼睛确实流露出了一种有智力的感觉。”章鱼也有着与人类同样复杂的、如同相机般的眼睛。

从演化的角度来看，章鱼在无脊椎动物中十分独特。它们同时拥有中心脑和可独立于脑支配行为的外周神经系统。也就是说，如果一只章鱼的一根触手断了，该触手依旧对触觉敏感并且可以移动。

—Nir Friedman

只有章鱼演化出如此复杂的脑功能的原因可能隐藏在它们对触手有目的的使用中，例如执行打开贝壳这种动作。

章鱼也展示出了其他有智力的表现：它们有很强的好奇心并可以记住事情；它们也可以分辨出不同的人并且表现出对一部分人的偏爱。

研究者现在认为它们甚至会做梦，因为它们在睡觉的时候会改变皮肤颜色和结构。

如同外星人般的生物

“他们说如果你想要遇到外星人，那就去潜水并和章鱼成为好朋友。”拉耶夫斯基说。

他现在的计划是与其他的章鱼研究者一起组建一个遍布欧洲的科研网络，从而更好地在科学家间交流观点。尽管现在该社群还很小，但是全世界对于章鱼的兴趣都在增长，包括在行为学家之间。

他对于分析章鱼这种演化路径完全独立于我们的智力体十分痴迷。但这种研究并不简单。拉耶夫斯基说：“如果你只用一些小零食作为奖赏去和章鱼做实验，它们很快就失去兴趣了。至少我的同事是这么告诉我的。”

佐罗多夫说：“由于章鱼目前还不是典型的模式生物，我们的分子生物学工具没什么用武之地。所以我们还不知道是哪些细胞表达了这些新发现的微小RNA。”拉耶夫斯基的团队现在正在计划应用一个由他们团队开发的新技术，该技术可以在分子层面上显现章鱼组织中的细胞。

原文：

https://www.mdc-berlin.de/news/press/what-octopus-and-human-brains-have-common

本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Jana Schlütter（德国国家分子医学中心编辑），译者：伍壮士，编辑：M.W.