章鱼的大脑与人类大脑之间存在惊人相似之处，探讨其背后的科学秘密

小章鱼。（尼尔·弗里德曼）我们光荣的蓝色小大理石星球上充满了种类繁多的生命形式，但有些生命形式肯定比其他生命形式更为奇特。章鱼尤其如此，这种动物非常奇怪，经常让人拿它与外星人进行比较。事实上，根据英国神经科学家阿尼尔赛斯的说法，如果地球上有任何生物足够奇特，可以在其他地方进化，那就是章鱼。一些边缘理论甚至提出章鱼可能是外星人。然而，有大量证据表明章鱼的进化与地球密切相关，由马克斯-德尔布吕克分子医学中心的系统生物学家 Nikolaus Rajewsky 领导的一组科学家刚刚发现了一个新的。这是一个非常有趣的。这是章鱼大脑实际上与人类大脑和其他脊椎动物的大脑共有的一个特征：它们的神经组织中有大量的 microRNA。“这，”Rajewsky 说，“就是将我们与章鱼联系起来的原因！”章鱼在很多方面都很奇怪。它们也很聪明，就像其他头足类动物一样，例如墨鱼。乌贼的大脑被发现几乎和狗的大脑一样复杂。甚至有证据表明章鱼可以做梦——在无脊椎动物中很少得到证实。与其他智能动物不同，它们的神经系统是高度分布的，其 5 亿多个神经元中有很大一部分分布在它们的手臂上。每只手臂都能够独立做出决定，甚至在被切断后还能继续对刺激做出反应。头足类动物复杂的神经系统和智力一直是个谜。这些特征在脊椎动物中相对普遍，但在无脊椎动物中却非常突出。章鱼和其他头足类动物还有一些非常奇怪的地方。他们的身体可以快速编辑他们的 RNA 序列以适应他们的环境。这不是适应通常的工作方式；通常，它从 DNA 开始，然后将这些变化传递给 RNA。这让 Rajewsky 想知道章鱼可能隐藏了哪些其他 RNA 秘密。Rajewsky 和他的团队分析了从死章鱼身上获得的 18 个样本——由意大利 Stazione Zoologica Anton Dohrn 海洋研究所提供——对主要来自普通章鱼 (Octopus vulgaris) 的 RNA 进行了测序。该研究还包括一整只加州双斑章鱼 (Octopus bimaculoides) 和一只夏威夷短尾乌贼 (Euprymna scolopes)。测序提供了其中信使 RNA 和小 RNA 的概况。结果令人惊讶。

普通章鱼 (Octopus vulgaris)。（Bernat Espigulé/iNaturalist，CC BY-NC 4.0）

“确实有很多 RNA 编辑正在进行，但不是在我们认为感兴趣的领域，”Rajewsky 解释道。研究小组发现章鱼有很多 microRNA 或 miRNA。他们在普通章鱼中发现了 164 个 miRNA 基因，分为 138 个 miRNA 家族，在加利福尼亚双斑章鱼中发现了 162 个 miRNA 基因，分为相同的 138 个家族。其中 42 个家族是新的，主要在大脑和神经组织中。miRNA 是非编码 RNA 分子，它们在很大程度上参与调节基因表达，与较大的 RNA 分子结合以帮助细胞微调它们产生的蛋白质。这些 miRNA 家族以及 RNA 结合位点都保存在章鱼体内，这表明它们在章鱼生物学中仍然发挥着作用，尽管科学家们还不知道这种作用是什么，也不知道 miRNA 涉及哪些细胞和。“这是动物世界中第三大 microRNA 家族的扩展，也是脊椎动物之外最大的扩展，”生物学家 Grygoriy Zolotarov 说，他现在在西班牙基因组调控中心工作，该中心以前是 Rajewsky 的实验室。“为了让你了解规模，牡蛎也是软体动物，自从它们与章鱼共有的最后一个祖先以来，只获得了五个新的 microRNA 家族——而章鱼已经获得了 90 个！”

双斑章鱼 (Octopus bimaculoides)。（wademcmillan/iNaturalist，CC BY-NC 4.0）

唯一可比较的扩张发生在脊椎动物身上，尽管规模略有不同。就上下文而言，人类基因组编码大约 2,600 个成熟的 miRNA。但章鱼的 miRNA 家族数量与鸡和青蛙等动物的数量相当。研究人员说，这一发现表明，包括头足类动物智能在内的复杂智能可能与这种 miRNA 扩展有关。有趣的是，这并不是章鱼大脑与脊椎动物大脑的唯一相似之处。科学家此前发现，人类和章鱼的大脑都含有大量称为转座子的 DNA 片段。似乎章鱼的头部（和手臂）发生的事情比我们理解的要多得多。Rajewsky 团队的下一步是尝试弄清楚这些 miRNA 到底在做什么。“头足类动物中 miRNA 基因库的显着爆炸可能表明，”研究人员写道，“miRNA 及其专门的神经元功能密切相关，并且可能是动物复杂大脑出现所必需的。”该研究已发表在《科学进展》杂志上。