@ 2017.04.13 , 19:00

章鱼能抵抗基因,但也因此减缓了进化进程

章鱼这么聪明是不是因为他们能忽视基因程序?研究者证实章鱼和其他头足纲动物能编辑来自DNA的信息,而不是像大部分其他生物那样直接遵从。

早先,科学家认为这个以讹传讹的分子过程在动物进化中并不重要。但在细胞杂志上发表的新研究显示,对于那些触手海洋生物而言并非如此。

该研究表明基因修改可能直接导致了头足纲动物出色的智慧,让他们能解决复杂的谜题,通过改变皮肤颜色进行视觉交流,是所有无脊椎动物中最聪明的。然而,这种改变基因信息的能力是有代价的,可能降低了其他普遍形式的适应进化。

DNA是生命的蓝图,由四种字母书写,描述了如何生成有机体所需的各种蛋白质。要合成特定的蛋白质,首先需要酶转录DNA相应的片段,生成RNA分子。部分信息最终翻译到氨基酸链中,即蛋白质的基本组成。

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Doryteuthis pealeii——一种鱿鱼

对大多数包括人类在内的有机体,蛋白质合成的整个过程大部分由DNA排列的原始指导决定。自从发现遗传信息存储于DNA中以来,我们对基因的理解均基于该前提。但近期的研究发现章鱼,鱿鱼以及乌贼并不总是遵循他们的基因指导。

在准确复制DNA得到RNA信息之后,通过RNA编辑可改变其中的信息。编辑后的信息随后产生修改后的蛋白质。RNA编辑首先在1986年由研究类似于细菌的造成非洲锥虫病的单细胞寄生虫的研究者提出。

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Sepia officinalis——一种乌贼

之后,研究者发现RNA编辑在动物中相对而言并不重要。例如,人类在蛋白质编码序列中仅有一小撮RNA编辑地点。此外,我们所知的由RNA编辑产生的变化被认为影响不大,并且关联较大的物种群体间共享的这种变化很少。

然而,在特别聪明的鱿鱼中,RNA编辑影响了与神经系统相关的大部分基因。这表明在某些有机体群体中,RNA编辑可能起到了重要作用。通过对比头足纲动物中RNA编辑的发生频率,新研究鉴定了在进化历史中改变基因信息的能力起作用的时候。

研究显示具有异常复杂行为的章鱼,鱿鱼和乌贼的共同祖先中广泛存在RNA编辑。而在头脑相对简单的远亲鹦鹉螺中则较为少见。由于在神经蛋白质中RNA编辑尤其之多,研究者认为这可能导致了头足类动物出色的智慧。

研究者认为RNA编辑增加了产生的蛋白质的多样性,赋予了头足类动物一定的进化优势,使得他们能快速适应变化的环境。例如,我们知道RNA编辑使得章鱼能够应对较大的温度变化,因此能在寒冷的极地海洋中生存。

折中

但该最新研究还表明在环境快速适应能力和长期的达尔文DNA进化过程中可能存在折中。

RNA编辑是由酶实现的,这种酶要求基因编码上的特定靶位置,围绕RNA信息上需要编辑的位置。在基因靶位置上发生任何变异都会打断整个过程,并且这种酶再也不能编辑RNA信息。为了避免这种情形,头足纲动物的DNA已演化得较不容易变异。

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Octopus bimaculoides——一种章鱼

然而,变异是陈旧DNA分子进化的基础,需要借此永久改变蛋白质的编码,改善其功能。因此头足纲动物中普遍存在的RNA编辑似乎极大限制了其自适应DNA进化的潜力。这可能在某种程度上解释了为什么在动物中并不普遍存在RNA编辑。

头足纲动物中普遍存在的RNA编辑使得我们需要重新思考对其在自然界中的重要性理解。对头足纲动物,DNA指导的迹象比我们先前所认为的更为轻微。

本文译自 conversation,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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