章鱼哥为什么能这么贼？科学家从基因层面找到了解释

章鱼是一种神奇的动物，它有三个心脏，一个鹦鹉般的喙，以及八条尝遍天下、我行我素的腿。

章鱼能喷射墨汁，施展“缩身术”；它会柔骨功，能穿过最狭小的缝隙（好吧，其实章鱼全身上下基本没骨头）；它还能迅速改变身体颜色和质感，融入环境，伪装自己。

它们有着惊人的智力，能挥舞工具，能解决问题，还能破坏仪器设备。正如自然学家塞·蒙哥马利（Sy Montgomery）所说，“论怪异程度，没有哪个科幻异形能和章鱼相比”。不过，章鱼的身体还不是最怪诞的，它的基因才叫稀奇呢。

美国海洋生物学实验室的科学家约书亚·罗森塔尔（Joshua Rosenthal）和特拉维夫大学的伊莱·艾森柏格（Eli Eisenberg）领导了一个团队，证明章鱼和它的亲戚——头足纲动物——会编辑自己的RNA，这在动物王国中十分罕见。它们居然可以微调基因所编码的信息，但是又不改变基因本身。而且，修改得比其他任何动物都要厉害。

“在最近的一场会议上，他们展示了这一研究，让所有人都大吃一惊。”威斯达研究所（Wistar Institute）的基因科学家西仓和子说。“在小鼠和人类中，RNA编辑都非常有限。章鱼就不一样了。不知它高度发达的大脑是否跟这有关。”

看上去的确很有关系。罗森塔尔和艾森伯格发现，在头足类动物的神经元中，RNA编辑随处可见，被编辑的都是编码神经系统的重要基因。而且在头足纲动物中，只有智力较高的蛸亚纲动物——章鱼、鱿鱼、墨鱼——才会进行RNA编辑。相对愚笨的鹦鹉螺亚纲就不会。“人类不会，猴子也不会，只有蛸亚纲会。”

鹦鹉螺

那么，RNA编辑是怎样进行的呢？基因以DNA形式编码指令，基本单位是四种碱基，分别用字母A、C、G、T表示。这些指令要发挥作用，DNA首先得转录为RNA，其碱基构成与DNA基本类似。RNA继而被翻译为蛋白质——细胞中肩负一切重要工作的分子机器。因此，DNA储存信息，RNA传递信息，蛋白质则是信息的表达结果。

这是最简单的情况。然而，RNA在被翻译成蛋白质前，常会被修改——比如有一大段被切除，剩余片段又被接到一块儿。有时改动比较轻微，比如一个A被换成了I（功能上与G相近）。这就是RNA编辑。它由RNA腺苷脱氨酶（ADAR）完成，这种酶可以识别特定RNA序列，将A替换成I。

但生物最自身RNA进行微编辑是为了什么？到目前为止这还是个未解之谜。从理论上讲，这样可以在不改变DNA指令的情况下，变更蛋白质的性质。但从实际情况看，这种重编码过程十分罕见。只有大约3%的人类基因会出现这样的编辑，而且通常仅限于剪切和丢弃RNA片段。就现实情况来看，其适应性似乎不是很强。

在章鱼等头足类动物中，情况就不一样了。早在2015年，罗森塔尔和艾森伯格就发现，在长鳍近海鱿鱼（体长30厘米，常被用于科学研究）体内，RNA编辑活动非常活跃。普通哺乳动物的RNA编辑位点可能只有几百个，但这种鱿鱼却达到5.7万个，而且都处在构建蛋白质的RNA片段（即编码区）中。鱿鱼神经元中的RNA编辑尤为多见，是其他组织内的十倍，而且着重影响到与神经系统相关的蛋白质。

在发现如此惊人的现象后，于是团队决定对其他头足类也展开研究。里斯科维奇-布劳尔（Liscovitch-Brauer）专注于研究普通乌贼、普通章鱼和双斑蛸。这三种头足类的编辑位点多达8到13个万之间。相比之下，鹦鹉螺（一种以坚硬的螺旋外壳著称的古老头足类）的编辑位点则只有1000个左右。

这一区别至关重要。鹦鹉螺是头足纲中最古老的一个亚纲，3.5-4.8亿年前与其他同类分道扬镳，而且经过这几亿年之后仍基本维持原样。它们的大脑十分简单，不具备任何惊人的本领，并基本不存在RNA编辑。与此同时，其他头足类——蛸亚纲——就开始大量动用RNA编辑，同时进化出复杂的脑部，以及令人称奇的行为。这难道是巧合？

里斯科维奇-布劳尔还发现，蛸亚纲动物有1000个共享的RNA编辑位点，而人类和其他哺乳动物只有25个左右。这些位点经历了几亿年的进化而保存至今。“这很有说服力，证明这些编辑与基因组密不可分，你要是推翻这个RNA编辑网络，就会造成某种程度的破坏。”加州大学伯克利分校的丹尼尔·罗克萨尔（Daniel Rokhsar）说（罗克萨尔未参与该研究）。

确实，这些编辑要是无关紧要，蛸亚纲也不会历经千辛万苦，将它们保留至今。为找到并编辑一个特定的RNA碱基，ADAR酶要参照周围所有的碱基。打个比方，为找到一个特定的字母A，它得对照段落中所有的单词。

可是，这种行为也是有代价的。罗森塔尔估计，编辑位点会将23%到41%的基因隔离起来。这些位点必须基本不变，否则的话编辑酶就找不到目标。但这也的结果是，章鱼和鱿鱼基因组的进化就比其他动物来得要慢。以灵活多变著称的它们，基因组却是严重僵化的。

章鱼哥