章鱼和乌贼能重写它们的RNA。这就是为什么它们这么聪明的吗？

By Ben Guarino Speaking of Science

April 6 at 5:17 PM Follow @bbguari

一只加利福尼亚两点章鱼, 因它的眼睛下方可见的蓝色眼点而得的名字。. (Tom Kleindinst/Marine Biological Laboratory)

    当漆黑的这条章鱼从它的在新西兰国家水族馆的水箱逃脱时, 它局促不安的穿过一个六英寸宽的排水管并偷偷走进了太平洋。一路上它也偷了几个人类的心。漆黑的的粉丝们庆祝了这只愚弄了水族馆的动物: 一位评论员打趣说,"请注意------它全副武装了的"。

    章鱼的智力远远超出了逃脱的艺术性。它们能从内部拧开玻璃罐子并解决其它复杂的机械问题。它们玩。有些有身体扭曲模仿的能力。所有这些是在说头足类动物-----无脊椎的、多腿的生物包括章鱼和乌贼------在它们的同胞软体动物中脱颖而出。牡蛎相比是可惜的, 牡蛎是一种软体动物, 可悲的是甚至没有一个适当的大脑。

    头足类不仅因为它们解决蛤蜊不能解决的谜题是不寻常的。根据周四发表在细胞杂志的研究, 乌贼、墨鱼和章鱼不遵守基因信息的正常规则。它们的RNA被广泛的重写, 特别是在这种动物的神经元中发现的蛋白质编码。

    简而言之, 这很诡异的。根据分子生物学的中心法则, 细胞把DNA序列转化为RNA,RNA然后产生蛋白质。

    想像一个充满了食谱书的图书馆, 在那里不允许你检查出任何东西。但你被允许随你需要它们来复制食谱。这些复制必须几乎总是逐字的, 仿佛是由一个忠实的抄写员做的一样。RNA扮演这个抄写员的角色。

    很罕见的, 细胞编辑RNA, 提取出分子腺苷并插入一个称为肌苷的分子。犹他州大学的生物化学家布伦达巴斯在三十年前发现了RNA编辑。巴斯告诉华盛顿邮报，"自从这些被发现我们在三十年中所学到的一切说这些类型的编辑事件通常的不会改变密码子的", 意味着对RNA的编辑并没有改变创建蛋白质的什么的。

    这一新研究的合著者和一个在特拉维夫大学的RNA编辑专家埃里艾森伯格在一封给邮报的电子邮件中写道，"一般观点是编辑场所正在被从这个RNA分子的编码部分'驱逐"。

    但是, 远不是从这个编辑场所驱逐，头足类动物使用调整了的RNA来产生新的蛋白质。不是一个基因产生一个蛋白质, 而是这种叫做重新编码的RNA编辑类型可以允许一个单一的章鱼基因从同一的DNA来产生许多不同类型的蛋白质。

    艾森伯格说，"通过编辑重新编码有效的创造一种新的蛋白质序列, 这样它在这个生物的处置下正在扩大蛋白质的常备品"。

    马萨诸塞州伍兹洞的海洋生物实验室的一位生物学者和这个新研究的一位作者约书亚·罗森塔尔说, 回到这个隐喻的烹饪书的图书馆, 就好像一个厨师已经取代了这个抄写员一样。也许这个厨师拥有一个加热不太好的烤箱。这个厨师决定来写下一个比印好了要求温度的食谱更高的温度。或者这个厨师处于要某些东西更甜的心情, 改变一个食谱有多少糖的。

    这些RNA变化在鱿鱼或章鱼生物学上能有一个急剧的影响。在先前的一项研究中, 罗森塔尔发现了生活在南极的章鱼使用了RNA编辑来让它们的神经在寒冷的水域中点亮。

    在这个新的报告中, 科学家测量了在几个头足类物种中的RNA重新编码率。他们发现了乌贼、墨鱼和章鱼------最聪明的头足类------频繁的编辑RNA, 大约每两个转录的基因中的一个。更重要的是, RNA编辑最经常针对了的是与神经系统功能相关的头足类基因。罗森塔尔说,"它正在做一种真正使神经元成为一个神经元的调整"。

    有一个例外。一种叫做鹦鹉螺的头足类缺乏了这样高的RNA重新编码率。然而, 鹦鹉螺因它们的的智力并不为人所知。如科学家在他们的新研究中写道的, "大规模的RNA水平的重新编码"可能与这种动物的聪明有关吗？

    这项研究并没有提供确凿的RNA重新编码是头足类聪明的原因的证据。艾森伯格说,但它提供了乌贼、章鱼和墨鱼的"朝着广泛的重新编码可能有助于非凡的智力假说的诱人暗示，当然, 在这一点它只是一个诱人的来思考关于的的想法, 在这一方向我们将需要更多的证据来说任何确定的东西的"。

    没有参与这一新研究的巴斯同意这个想法是诱人的。它使更复杂的头足类将依赖于重新编码有"完美的意义"，她说, "因为这会允许它们来多样化它们的神经系统"。

    毕竟, 头足类的大脑提升可以用更多的解释。罗森塔尔说，"在所有生命的分支中你有两个有真正的行为复杂性的分支"。有如鸟类和哺乳动物的脊椎动物，有头足类。"那就是它"。(自从人类和章鱼的最后一个共同祖先以来已经过了5亿年)。

    广泛的RNA编辑是用代价来的。如果一个突变发生在一个编辑场所,这种动物的细胞就不能再调整它。罗森塔尔说，"你不能把这个底层的结构弄得一团糟"。原来是这些乌贼和章鱼具有比其它生物体远更低的DNA突变率------这罗森塔尔称之为"进化的货币"。换句话说, 虽然大多数动物通过DNA中的变化适应和进化, 但它们似乎优于RNA重行编码的。

    为了进一步调查这些动物怎样为有利于RNA重新编码而扼制它们的DNA突变率的, 罗森塔尔计划来用CRISPR-Cas9基因编辑技术操纵头足类基因学。他将刚好需要每晚盖紧这个章鱼水箱盖的。

https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/04/06/octopuses-and-squids-can-rewrite-their-rna-is-that-why-theyre-so-smart/?utm_term=.23e7b613e570