研究者在浅水章鱼核糖体RNA中发现从未见过的断裂,移植到大肠杆菌后蛋白质合成准确率翻倍,或与神经系统扩展有关。

章鱼会开罐子、解迷宫、用工具。普通毯子章鱼甚至会从僧帽水母身上撕下带毒触手当武器。发表在《当代生物学》的新研究找到一种神秘突变,可能解释部分章鱼的智力。研究者在这类八足动物的核糖体RNA中发现了一个任何其他动物都没有见过的变异,让它们能以极高准确性制造蛋白质。

rRNA为核糖体提供3D支架,核糖体是细胞的蛋白质工厂。多数生物的rRNA序列几乎相同。大约五年前,哈佛医学院研究生Richard Han检查加州双斑章鱼组织时,发现rRNA里出现一个意外的缺口,把一个通常完整的片段分成两段。起初他们以为RNA提取出了问题,共同作者、哈佛分子生物学家Nicholas Bellono说,进一步检测确认现象真实存在。把同样的断裂插入大肠杆菌的核糖体后,工程细胞制造蛋白质的准确率约为平时的两倍。

为什么有些章鱼那么聪明?答案在核糖体RNA里

为弄清这个特征何时进化,团队比较了两组分化超过1亿年的章鱼:无鳍章鱼生活在浅水,神经系统发达,支持复杂行为;有鳍章鱼是深海生物,神经系统较简单,适应缓慢游动和被动取食。全部5个被检的无鳍章鱼物种都有rRNA断裂,一个有鳍章鱼样本,具体是小飞象章鱼,缺少这个缺口。约3亿年前与章鱼分化的鱿鱼也没有。

头足类是RNA编辑大师,章鱼的大脑分布在全身,为应对捕食者和竞争加剧,神经细胞需要快速扩展。神经元寿命长,蛋白质错误折叠对它们格外不利。共同作者Rishav Mitra说,rRNA断裂可能帮助这些神经元良好运作。共同作者、哈佛细胞生物学家Amy Lee说,最大的惊奇在于,在生命界高度保守的核糖体竟能经历影响功能的进化变化,甚至促成新创新。海洋生物学实验室分子生物学家Joshua Rosenthal没有参与研究,他认为发现非常有趣,但需要更多研究确认rRNA变化是否驱动了复杂大脑和行为的进化,对这类生物,遗传学才刚刚开始。

研究者推测,这或许为神经退行性疾病提供新思路。阿尔茨海默病和帕金森病都涉及大脑中错误折叠的蛋白质。Lee希望未来设计出模仿章鱼突变、实现准确蛋白质合成的药物,以自然为向导理解这个过程如何自然发生,再想办法把它放进人类细胞。目前还没有直接证据把这种适应性与章鱼脑力扩展连起来,但只有神经系统扩大的谱系才具有这个突变,这条线索已经足够引人注目。

原文:https://www.smithsonianmag.com/smart-news/why-are-some-octopuses-so-smart-the-answer-might-lie-in-a-never-before-seen-mutation-that-helps-them-accurately-build-proteins-180989319/