章鱼、鱿鱼和其他头足类动物似乎已经足够奇怪了，但它们可能已经找到了一种进化方式，这种方式几乎与地球上所有其他多细胞生物都不同。
对于大多数动物来说，可能对生物体有益的变化主要发生在分子生产过程的开始阶段。突变发生在 DNA 中，然后转录成 RNA；然后 RNA 被翻译成改变的蛋白质。
但头足类动物并非如此——至少不完全是这样。《细胞》杂志发表的一项新研究报告称，这些水族馆中的奇异生物可以修改其体内发现的蛋白质，而无需改变其 DNA 蓝图的基本序列。因此，头足类动物在它们存在的亿万年间似乎变化非常缓慢。研究结果还表明，章鱼及其带触角的近亲可能比之前认为的要古老得多。
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
这篇新论文报告了一种称为“RNA 编辑”的过程，该过程涉及酶将一个 RNA 碱基（或 RNA/DNA 字母表中的氮基“字母”）换成另一个，大概是为了生物体适应其环境。RNA 编辑在大多数动物中很少使用。例如，在人类中发现的约 20,000 个基因中，据认为只有几十个位点会改变其 RNA，使其不再与原始 DNA 模板匹配。
然而，之前的研究（部分由同一作者完成）表明，章鱼和鱿鱼相当频繁地使用该过程来应对海水温度的变化。这项新研究着眼于多种头足类动物的 DNA 序列、RNA 序列和蛋白质组——意味着特定细胞或组织中编码的所有蛋白质——以确定 RNA 编辑的普遍程度。事实证明，非常普遍。
鱿鱼也有大约 20,000 个基因，其中高达 11,000 个基因编码的 RNA 在某些情况下会进行编辑。在两种章鱼和常见的乌贼中也发现了类似程度的编辑。在鹦鹉螺（一种更原始的头足类动物）和非头足类动物对照（一种名为海兔的软体动物）中，RNA 编辑水平要低得多。RNA 编辑在头足类动物的神经系统中尤其高，包括在编码离子通道的基因中，离子通道促进神经元之间的电信号通讯。
更重要的是，如此广泛的 RNA 编辑似乎有助于最大限度地减少头足类动物 DNA 在它们存在至今的亿万年间的变化。与大多数动物物种不同，它们的基因组充满了数百万年的突变，这些突变帮助它们适应动荡的世界，头足类动物的适应似乎更多是 RNA 编辑的结果。
论文合著者、海洋生物实验室的头足类动物神经生物学家约书亚·罗森塔尔说，无论 RNA 编辑最初是如何进化的，对 RNA 编辑的严重依赖实际上会确保头足类动物的 DNA 在数千年内保持相当稳定。毕竟，用于编辑 RNA 的蛋白质需要识别各种 RNA 复合物。因此，编码生成这些特定蛋白质的 RNA 的 DNA 必须保持一致。换句话说，在依赖 RNA 编辑生存的动物中，任何干扰该过程的突变都可能无法存活到下一代。“如果鱿鱼和章鱼想要编辑一个碱基，它们必须保留底层的 RNA 结构，”罗森塔尔说，“这意味着 RNA 结构无法进化。如果它由于 DNA 突变而积累突变，它将不再被编辑酶识别。我们通常认为突变是进化的货币。但在这种情况下，它们的积累受到抑制。”
2015 年，芝加哥大学神经生物学家克利夫顿·拉格斯代尔和他的团队发表了第一个头足类动物基因组，即章鱼的基因组。克利夫顿还注意到 RNA 编辑程度异常高。“我们也看到了同样的情况，”他回忆道。“但这篇新论文提供了更多信息，并提出了有趣的想法——RNA 编辑可能不是仅仅使用常规的旧基因组进化，而可能是一种产生分子多样性的方法，尤其是在它们的神经系统中。你可以想象，它是头足类动物进化的另一种引擎。”
为什么要编辑 RNA？
没有人知道为什么头足类动物如此热衷于 RNA 编辑。也许与等待随机突变发生相比，这是一种更快、更简单的适应环境的方式。或者，也许它更适合它们相对较短的寿命。
头足类动物生长迅速，寿命短暂。大多数只能活几年，而且只繁殖一次。拉格斯代尔认为 RNA 编辑可能有助于它们在通常孤独、短暂的生命中航行。“这也许可以解释为什么它们如此擅长解决问题。没有人能教它们如何认识世界！”拉格斯代尔说，“如何建造它们的巢穴。如何伪装自己和攻击猎物。它们是独立的，幸运的是，它们有发达的大脑，可以理清事务。”
罗森塔尔认为 RNA 编辑为头足类动物提供了另一种环境适应性的手段，并计划进行后续研究以检验他的理论：“它可以打开和关闭某些 RNA。我们想看看哪些环境因素会影响 RNA 编辑过程——比如温度变化……也许更复杂的东西，比如经验。”
关于头足类动物的传说可以追溯到几千年前。亚里士多德写过各种形式的“鱿鱼”；海边文化长期以来一直害怕神话般的、带触角的野兽，如挪威海怪；当然，儒勒·凡尔纳在我们心中根深蒂固了巨型鱿鱼与尼莫船长的蒸汽朋克潜艇战斗的形象。最近，鱿鱼为神经科学做出了贡献。我们对神经元如何相互交流的大部分了解始于 20 世纪 40 年代和 50 年代对贯穿鱿鱼身体的极长神经元的实验。因此，也许罗森塔尔的新发现表明头足类动物可能在地球物种中拥有独特的荣誉，这是恰如其分的。
与化石记录一起，物种通常通过分析它们积累的突变数量来确定年代——在大多数物种中，这些基因突变以稳定的速度发生，从而创建一种可用于计算进化时间线的“分子钟”。如果 RNA 编辑允许头足类动物 DNA 的变化以明显慢于通常假设的速度发生，那么这些动物很可能比当前时间线表明的要早数百万年出现。换句话说，它们所携带的 DNA 突变需要更长的时间才能出现。
“这可能意味着我们对不同头足类动物谱系何时出现和分化的分子钟估计可能太晚了，”拉格斯代尔说。“诺贝尔奖得主生物学家悉尼·布伦纳曾经说过，章鱼是地球上第一批智能生物。这可能证明他是对的。”