感謝@匪魚nonfish @何憂何懼 的邀請
哈哈哈哈哈哈 這是一個非常不錯的問題
完整展示了流行文化和錯誤的碎片知識如何誤導讀者。並形成幾乎完全錯誤的認知。
作為沿海居民,章魚是一種十分常見的美食。我前幾天剛吃過章魚腿炒蒜薹。
從渤海、黃海、東海到南海,頭足類(Cephalopod)中的蛸類動物都是備受人們喜愛的食物。它們通常肉質飽滿、鮮嫩,入口勁道有脆感,常見於各地餐桌。
由於頭足類不同物種肌肉纖維排列方式不同,在烹飪時候也會採用不同的手法。
以魷魚(squid)和章魚(octopus)為例來進行對比。
這些可愛的小傢伙兒使用外套膜(也稱胴體部)排水來進行反方向推進,因此它們的胴體部有堅實的肌肉。這也是除腕之外很重要的可食用部位,胴體部外形可以簡單劃分成圓潤、短粗和細長三種,這也是頭足類動物形態分類的主要依據。
章魚(也稱蛸)的胴體部通常是圓潤的,其肌肉組織發達,由兩層縱肌和位於其間的橫肌組成。通過縱肌纖維和橫肌纖維的收縮與擴張,來完成運動、捕獵和進食等基礎生命活動。
其中橫肌佔比是最高的,橫肌中又存在環肌和放射肌。
魷魚魷體部通常是細長型,也被稱作“筆管”。肌肉組成與章魚類似,但其內部的膠原(collagen)更加豐富,並且膠原纖維在多種肌肉內呈網狀分佈。這使得魷魚的肌肉更加緊實。運動能力更強一些。
兩種不同的肌肉結構造就了不同的烹飪方式,章魚通常簡單烹飪,而魷魚則會整體燒烤或者製成魷魚絲。
當我們談到這裏的時候,我們需要將“章魚”這個概念明確一下。
雖然很少人這樣做,但是超廣義的“章魚”會被看成除鸚鵡螺(Nautilidae)以外的所有頭足類動物。這種觀點並不常見。
公眾傳播中的章魚大多數是下圖中的octopoda。外形上來看是八條腕,胴體圓潤,沒有肉鰭的可愛小傢伙。
如果具體到物種來看
在國內市場上,最常見的章魚是中華蛸(Octopus sinensis)、短蛸(Amphioctopus fangsiao )和長蛸(Octopus variabilis)。
而在一些流行的個英電影中,最常出現的章魚是真蛸(Octopus vulgaris),這是最常見的章魚,俗稱為普通章魚。
本文將採用蛸類動物敘事,也就是那些胴體圓潤,只有八條腕的頭足類動物。
題目中出現的“基因鎖”字眼一直讓我很困惑。我好像從來沒聽說這種表述啊。研究壽命、生死相關的不是應該稱作衰老生物學或者死亡學(Thanatology)嗎?
後來我使用了搜尋引擎,發現這原來是一種小說設定,假定個體擁有一切超能力相關的基因,某天突然機緣巧合或者修鍊到一定程度,就開啟了一些超能力。就像“打通任督二脈”這種描述,是一種科幻設定,並沒有現實依據的浮萍臆測。
事實上在2023年12月,一組來自歐洲的科學家已經對真蛸(Octopus vulgaris)進行了完整測序,發現其基因組由28億對鹼基構成[1]。2022年對扁船蛸(Argonauta argo)的測序結果[2]顯示,它的基因組大小為1.1Gb,也就是11億對鹼基。
分子生物家們對頭足類基因組的探索還處於早期的階段,曾經有科研小組對三種頭足類基因組進行了比較[3],它們分別是 長鰭近海魷魚(Doryteuthis (Loligo) pealeii )、加州雙斑蛸( Octopus bimaculoides )和夏威夷短尾魷魚( Euprymna scolopes)。
結果發現長鰭近海魷魚基因組為4.6GB,遠超人類基因組的3Gb。要說明的是,物種基因組大小並不與物種的複雜程度相關,這種現象被稱作C值悖論。就像本文之前提到的,蛸類動物之間,基因組也存在較大的數量差異。
研究估算章魚在2.75億年前與十腕總目產生分化,而頭足類動物基因組的變化與脊椎動物有著極大的區別,它們也經歷了劇烈的變化,同樣發生了大規模重排,但並沒有經歷基因組複製。這讓它們的基因組看起來有些混亂,也讓研究人員迷惑。不過研究人員還是發現了幾百個頭足類獨有的基因,也發現原鈣粘蛋白相關的基因異常擴增。
蛸類動物最顯著的特徵是可以通過酶對mRNA進行編輯,將特定的腺苷(A)轉化為肌苷(I)。從而使靜態的DNA可以表達出不同的蛋白質。這些編輯位點被劃分為神經編輯位點和泛在編輯位點,而神經系統內的編輯位點更加活躍。
也許這種編輯mRNA的能力經歷了不靠譜的傳播,最終演變成章魚可以改變自己的基因。
可能章魚的單次繁殖機制讓很多讀者以為這是“基因鎖”,雌雄章魚在繁殖行為後會死亡,雄性被雌性吃掉,雌性也會在產卵並守護孵化一段時間后死亡,期間可能會伴隨自殘行為,並且在孵化完成前死亡。
對這種程式化死亡的研究目前停留在生理層面,有研究[4]表明,章魚的視腺(optic glands)在這個過程中發揮了重要作用。不過把視腺切除后,章魚也僅能多活四個月。
在正常繁育的章魚中,對比繁殖與未繁殖的章魚,發現至少有三條生化途徑產生了變化,其中一條是產生孕烷類固醇,這應該是正常的生殖反應。第二條產生膽汁酸中間體。
最後一條產生7-脫氫膽固醇(7-DHC),它大概是導致章魚自殘的元兇。
7-DHC的過度累積是有害的,人體中如果7-DHC還原酶缺失,則會患上Smith-Lemli-Opitz綜合症。表現為發育遲緩、智力障礙、小頭或並指。7-DHC可能導致了雌性章魚的自殘。
這種繁殖方式有一定的生態意義,避免了成體與幼體進行資源競爭。這最終由基因來調控,不過具體的機制需要進一步研究,這可能並不能被視作“基因鎖”,而是殘酷的自然選擇讓使用這種方式的章魚留存下來,因為“性食同類”這種機制也會出現在部分螳螂和蜘蛛身上。
高中生物學知識告訴我們RNA裡有A、U、C和G四種鹼基。但生物體內的大分子存在修飾機制,RNA上有一百多種化學修飾,其中一種被稱作肌苷修飾,也被稱為A-to-I編輯,A-to-I編輯會改變鹼基配對特性,A-U配對轉變為I-C配對,從而改變所編碼的氨基酸,最終影響新合成的蛋白質。
這種編輯在高等真核生物中是常見的,例如人體B細胞中tRNA的肌苷修飾可以更高效地產生抗體[5]。頭足類動物的肌苷修飾更引入注目的原因是——在它們體內,這種修飾常見且活躍,也更容易產生影響最終蛋白形態的編輯。
一些研究人員認為這種編輯mRNA來增加蛋白多樣性的能力使得蛸類動物的進化變得緩慢。因為這種編輯能力並不能影響章魚的遺傳物質(DNA),也就是說章魚並不能改變自己的基因。
目前的研究表明[6],這種編輯機制讓章魚可以適應環境的變化。當溫度降低的時候,章魚體內的RNA編輯百分比上升,最終產物Synaptotagmin-1蛋白和Kinesin-1蛋白都會產生影響功能的結構性變化,溫度降低時,Kinesin-1蛋白的運動特性會變發生改變,移速變慢,但移動距離更長;而Synaptotagmin-1蛋白與 Ca^{2+} 離子的親和力也會產生降低[7]。
該研究表明溫度誘導的RNA編輯可以改變關鍵蛸類動物神經元蛋白的結構和性能。有趣的是,蛸類動物的RNA編輯更多的發生在神經系統內,且神經系統內的編輯也更容易重構蛋白質。
目前分子生物學對章魚的RNA編輯仍處於早期階段,就目前的研究成果來看,這種編輯機制產生的現實效果也許與受凍大白菜水解大分子為小分子糖來抗寒是一樣的。
對角石的古生物研究,是建立在形態結構上的。而在現實世界中,有一些生物外形與角石十分類似。它們是掘足綱(Scaphopoda)軟體動物,俗稱角貝。
這些角貝主要生活在潮下帶以及更深的海域中,且是穴居。因此並不廣為人知。
由於造型奇特,對它們的生物分類有兩種觀點,一種被叫做Diasoma假說,該假說認為掘足綱與雙殼綱是姐妹群,但是對比對比形態結構和解剖特性,掘足綱可能與頭足類是姐妹群。也有研究[8]對比了不同物種的神經形態結構,支援這種觀點。
可以看出其神經系統與頭足類動物的神經系統類似,左右各一對神經並彙聚在一起。
不過最近的系統發育研究[9]表明,掘足綱與雙殼綱是姐妹群。
我們可以看到,關於現生生物的分類依然困難重重,更不要提房角石與章魚的關係了,古生物學的研究方法通常有極高的局限性。得出的結論也很難被明確證實。
在一些有極大影響力的漫改個英電影中,章魚被視為圖騰,然後在公眾中廣泛傳播,並由此引發了良莠不齊的資訊爆炸。對章魚的科學研究也被大範圍傳達給公眾,這些碎片化的知識讓讀者根據自身閱歷得出許多奇怪的結論。
現實生活中,章魚並沒有顯示出極高的智商,也無力反抗人類的捕撈,不過它們可以被視作最為發育的無脊椎動物,對它們進行分子生物學研究或許可以觀賞到不同的生物進化場景。
如果想要正確地認識世界,讀一些基礎的自然科學知識或許更為合適。