海洋生物:章魚——全新的模式生物
發(fā)布時(shí)間:2021-04-29
瀏覽次數(shù):2648
海洋生物:章魚——全新的模式生物

圖片來源:Pixabay
相比章魚而言,人類與恐龍的親緣關(guān)系更近。在演化譜系上,人類與章魚、魷魚、烏賊等無脊椎類頭足綱動(dòng)物在5億年前就已經(jīng)分開,隨后親屬關(guān)系越分越遠(yuǎn)。與脊椎動(dòng)物的大腦相比,章魚的腦部沒有那些重要的解剖學(xué)特征,更有趣的是,這類動(dòng)物大部分神經(jīng)元都分布在觸角上,而不是腦部。
但章魚特別聰明,除了鳥類和哺乳類動(dòng)物外,它們腦與身體的體積比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他動(dòng)物。它們可以實(shí)現(xiàn)很多高階認(rèn)知行為,比如使用工具,解決問題,甚至想出擰開瓶蓋來取食的辦法……
于是研究人員漸漸意識(shí)到,章魚既古怪又聰明,與人類的行為形式存在巨大差異。綜合對(duì)比這兩種方式,或許可以形成一套理想的模型,用于揭示控制復(fù)雜大腦功能的一些常見規(guī)律,并且進(jìn)一步揭示出章魚在解決問題時(shí)是如何演化出獨(dú)特而新穎的方法的。
通常,科學(xué)家會(huì)利用黑腹果蠅、大鼠、斑馬魚、秀麗隱桿線蟲等動(dòng)物研究與生命活動(dòng)相關(guān)的過程。但在所有普遍使用的“模式生物”(model species)中,嚙齒類動(dòng)物(比如小鼠)在實(shí)驗(yàn)室中更容易飼養(yǎng),它們也在了解大腦的運(yùn)作方面發(fā)揮了極為重要的作用。

圖片來源:Pixabay
約翰·霍普金斯大學(xué)神經(jīng)學(xué)家居爾·德倫(Gül D?len)說:“小鼠的優(yōu)勢(shì)在于其大腦與人類大腦極為相似,而章魚的優(yōu)勢(shì)在于其腦部與人類的截然不同。”她將章魚的神經(jīng)系統(tǒng)與人類自身的進(jìn)行了對(duì)比研究,表示“這些差異能賦予你一種用邏輯還原事實(shí)的能力?!彼⒁獾剑€蟲和果蠅也與人類不同,但章魚的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些無脊椎動(dòng)物。
認(rèn)識(shí)到頭足類動(dòng)物是極為不同卻又高度復(fù)雜的生物,可以為科學(xué)家提供難得的科研機(jī)會(huì),章魚則應(yīng)該成為神經(jīng)領(lǐng)域最新的模式生物。對(duì)此,德倫和其他神經(jīng)科學(xué)家都表示支持。
實(shí)際上,英國神經(jīng)學(xué)家約翰·扎卡里·揚(yáng)(John Zachary Young)在20世紀(jì)60年代最早提出了利用章魚研究人類的想法。這個(gè)想法在2015年才變得可行,當(dāng)時(shí)科學(xué)家對(duì)雙斑章魚(twospot octopus)進(jìn)行測(cè)序,獲得了第一份來自章魚的基因組序列。“這份基因組資料釋放出了大量此前從未有過的信息,”芝加哥大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家克利夫·拉格斯代爾(Cliff Ragsdale)說,他是章魚基因組研究的共同作者,當(dāng)時(shí)這項(xiàng)研究發(fā)表在了《自然》(Nature)雜志上。
研究人員表示,和其他模式生物一樣,將章魚基因組公開發(fā)布,為關(guān)鍵的研究模式鋪平了道路,其中包括:利用基因工程探索大腦的運(yùn)作方式;放大特定基因表達(dá)的位置;計(jì)算章魚基因與其他物質(zhì)基因的差異,以此探索演變過程等等。
美國馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗(yàn)室的演化發(fā)育學(xué)家卡羅琳·阿爾貝廷(Caroline Albertin,基因組研究的主要作者)表示:“我們正處于一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)刻,能和這些非凡的動(dòng)物展開合作。當(dāng)然,還有大量問題需要我們?nèi)パ芯?。?br> 為了實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo),科學(xué)家已經(jīng)開始著力于研發(fā)用于頭足類動(dòng)物的分子工具,類似的工具已經(jīng)在小鼠或果蠅研究中廣泛使用。在《當(dāng)代生物學(xué)》(Current Biology)雜志上,阿爾貝廷和同事描述了一項(xiàng)分子技術(shù),這是首次用于頭足類動(dòng)物的基因敲除(即讓基因失活來研究其功能)技術(shù)。阿爾貝廷所在的團(tuán)隊(duì)還在深入研究基因敲入技術(shù),這樣就可以讓科學(xué)家有機(jī)會(huì)在章魚細(xì)胞內(nèi)插入活性指示物了。


圖片來源:Pixabay
海洋生物實(shí)驗(yàn)室的研究員喬舒亞·羅森塔爾(Joshua Rosenthal,基因敲除研究的合作者)表示,利用這種方法,他們可以實(shí)時(shí)研究動(dòng)物的神經(jīng)活動(dòng)。他還說:“一旦我們進(jìn)入下一步,我想,整個(gè)學(xué)界都將會(huì)沸騰起來?!?br> 目前,相關(guān)研究已經(jīng)在加速推進(jìn)。2018年,德倫與合作者埃里克·艾辛格(Eric Edsinger)給章魚服用了MDMA(這是一種人工合成的毒品,俗稱搖頭丸),他們發(fā)現(xiàn),盡管章魚屬于典型的不合群生物,但在服用毒品后,它們出現(xiàn)了和人類一樣的反應(yīng),藥物引起的神經(jīng)遞質(zhì)血清素大量增加:于是,章魚變得松懈冷靜,更善于社交了。
科學(xué)家通過基因組分析,也證實(shí)章魚體內(nèi)用于MDMA結(jié)合的血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體與脊椎動(dòng)物體內(nèi)的一樣。正如這項(xiàng)發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》的研究聲稱的那樣,這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明,社交可能涉及分子層面的因素。
撰文:諾拉·泰勒·雷德 (Nola Taylor Redd)
翻譯:董子晨曦
引進(jìn)來源:環(huán)球科學(xué)
本文來自:環(huán)球科學(xué)


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào),在對(duì)話框:
回復(fù)【最新活動(dòng)】,了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】,了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營】,了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】,了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】,了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】,了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識(shí)】,學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】,了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?
聽說,打賞我的人最后都找到了真愛。
做科普,我們是認(rèn)真的!
掃描關(guān)注深i科普公眾號(hào)
加入科普活動(dòng)群
  • 參加最新科普活動(dòng)
  • 認(rèn)識(shí)科普小朋友
  • 成為科學(xué)小記者