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章鱼聪明的基因基础

章鱼(英文名Octopus),属于软体动物门头足纲八腕目,章鱼科章鱼属(Octopoda)。因其头上长有八腕,且腕间有膜相连,长短不一,腕上具有2行无柄的吸盘,所以称作“八腕类”。是海洋动物。拥有8个灵活肢体,像摄像机一样的眼睛,可随时改变颜色的伪造技术。

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章鱼的高超生活智能是地球上任何其他生物都不具备的。章鱼能利用灵活的腕足在礁岩、石缝及海床间爬行,有时把自己伪装成一束珊瑚,有时又把自己装扮成一堆闪光的砾石。章鱼可改变自身的颜色和构造,变得如同一块覆盖着藻类的石头等待猎物到来。澳洲墨尔本大学的马克·诺曼,在1998年于印尼苏拉威西岛附近的河口水域发现一种章鱼能迅速拟态成海蛇、狮子鱼及水母等有毒生物,避免攻击。


章鱼非常聪明。章鱼研究专家吉姆·科斯格罗夫指出,章鱼具有“概念思维”,能够独自解决复杂的问题,章鱼具有用两足行走的本领,有很发达的眼睛。章鱼有三个心脏,两套记忆系统,身上还一些非常敏感的化学的和触觉的感受器。这种独特的神经构造使其具有超过一般动物的思维能力。


章鱼如此聪明一定有其基因基础,2015年8月12日《自然》杂志报道了章鱼的基因组学研究,研究结果发现,章鱼的基因组非常巨大,可能是这种生物高超能力的基础。芝加哥大学神经生物学家Clifton Ragsdale开玩笑说,这是首次发现类似外星人的基因序列。


这是来自美国、德国和日本许多研究机构合作的研究,研究机构分别来自美国芝加哥大学、加州大学伯克利分校、德国海德堡大学、日本冲绳理工学院。研究还对章鱼12种不同组织基因表达情况进行了比较。


曾研究章鱼神经生理学20多年的耶路撒冷希伯来大学神经生物学家Benny Hochner说,了解章鱼的基因组非常重要。科学家希望理解为什么章鱼那么聪明。


研究结果发现,章鱼的基因组大小和人类类似,能表达33000个蛋白,而人类只有25000个。导致蛋白类型增加的主要原因是某些蛋白的类型大量增加。其中原钙粘附蛋白是最典型的改变,原钙粘附蛋白是依赖钙的细胞表面分子家族之一,为细胞-细胞识别、组织形态发生、细胞-细胞粘附及维持细胞膜完整性所需,是神经元发育和相互联系形成的关键分子。


研究发现章鱼原钙粘附蛋白有168个不同类型,这是哺乳动物的2倍以上。这可能是章鱼为什么有如此复杂的大脑和特殊生存技能的原因。章鱼大脑有5亿神经元,是小鼠的6倍,其中2/3神经元分布在外周肢体,不同于脊椎动物通过脊髓长神经轴突联系,这些神经元具有独立分析独立运行的计算能力。


让章鱼的肢体具有独立灵活的操作技能。即使这些肢体从躯体分离,仍然具有执行某些任务的能力。这些特殊技能让机器人研究者非常感兴趣。


章鱼的锌指转录因子基因表达也出现类似情况,锌指转录因子是决定发育过程的关键分子,章鱼竟然有1800种锌指转录因子基因。这是目前发现的仅次于2000种嗅觉受体基因的第二大动物基因家族。


分析还发现数百种章鱼特定基因,这些基因在特定组织中高度表达,例如吸盘内表达一种类似于编码神经递质乙酰胆碱受体的基因,这似乎是吸盘具有非凡味道分辨能力的原因。科学家确定了6种reflectins,这些基因在章鱼皮肤组织内表达,是章鱼皮肤多种颜色的基础。


另外一些发现可能与章鱼的聪明有关,因为一些基因能快速调整蛋白质功能,这能让章鱼神经系统根据环境改变迅速发生适应性改变。


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