难以捉摸的章鱼基因组终于被解开了，这将使科学家能够找到长期以来关于这种动物类外星生理学的神秘问题的答案：它是如何如此巧妙地伪装自己的？ 它是如何控制——以及再生——那八条灵活的触手和数千个吸盘的？ 最令人费解的是：作为蜗牛的近亲，它是如何变得如此聪明——能够快速学习、解决难题甚至使用工具的？
今天发表在《自然》杂志上的研究结果揭示了一个广阔的、未探索的领域，充满了新基因、不太可能的重排——以及一些与人类发现的进化解决方案惊人相似的方案。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
章鱼序列拥有已知最大的无脊椎动物基因组——大小与家猫的基因组（27亿个碱基对）相似，基因数量（33,000个）多于人类（20,000到25,000个）——长期以来一直被认为庞大且令人困惑。 即使没有基因图谱，这些动物及其头足类表亲（鱿鱼、墨鱼和鹦鹉螺）也一直是神经生物学和药理学研究的常见对象。 但波特兰州立大学的头足类动物研究员安妮·林德格伦（Annie Lindgren，未参与这项新研究）表示，软体动物的序列“非常需要”。 “想象一下试图拼一个拼图，图片面朝下，”她谈到迄今为止的章鱼研究时说。“基因组为我们提供了一张可以使用的图片。”
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基因组中包含的最大惊喜之一——引发了来自头足类动物研究人员的充满感叹号的电子邮件——是章鱼拥有一大类熟悉的基因，这些基因参与了复杂神经网络的开发，并且已发现在其他具有强大处理能力的动物（如哺乳动物）中富集。 被称为原钙粘蛋白基因，芝加哥大学神经生物学副教授、新论文的合著者克利夫顿·拉格斯代尔（Clifton Ragsdale）说，它们“以前被认为仅在脊椎动物中扩展”。 这些基因加入了我们与章鱼共同拥有的独立进化特征列表——包括照相机式眼睛（带有晶状体、虹膜和视网膜）、闭合循环系统和大型大脑。
然而，由于在智力进化道路上走了如此截然不同的道路，章鱼的神经系统成为了一个特别丰富的研究课题。 波多黎各大学神经生物学研究所的约书亚·罗森塔尔（Joshua Rosenthal）说：“对于神经生物学家来说，了解一个完全不同的群体是如何进化出大型、复杂的大脑的，这非常有趣。” “现在有了这篇论文，我们可以更好地理解分子基础。”
章鱼复杂布线系统的一部分——它延伸到大脑之外，并主要分布在全身——控制着它们眨眼间的伪装。 研究人员一直不确定章鱼是如何协调其色素细胞的，这些充满色素的囊泡会在几毫秒内扩张和收缩，以改变其整体颜色和图案。 但是，有了已测序的基因组，科学家们现在可以更多地了解这个炫目的系统是如何工作的——这对神经科学家和工程师来说都是一个诱人的见解。
章鱼基因组（以加州双斑章鱼（Octopus bimaculoides）为代表）中还包含许多以前未知的基因——包括帮助章鱼用吸盘“品尝”的新基因。 研究人员现在还可以更深入地了解这种罕见化石动物的进化历史——甚至超越它们与大约 2.7 亿年前的鱿鱼的分化。 在所有这些时间里，章鱼都变得擅长调整自己的遗传密码（称为 RNA 编辑，这种编辑发生在人类和其他动物身上，但在章鱼中速度极快），帮助它们在极端温度下保持神经按时放电。 新的基因分析还发现了可以在基因组上移动的基因（称为转座子），这可能在增强学习和记忆方面发挥作用。
然而，在章鱼基因组中没有发现的一件事是，没有证据表明其代码经历过全面的复制（就像脊椎动物的基因组一样，这使得额外的基因能够获得新的功能）。 这让长期以来对章鱼的复杂性感到惊叹的研究人员感到惊讶——并且在早期的研究中，他们多次遇到大量的重复遗传密码。
章鱼基因组的大小，加上大量的重复序列，以及正如拉格斯代尔所描述的“许多基因组学家奇怪地缺乏兴趣”，使得这项任务具有挑战性。 他是 2012 年初联合起来成立头足类动物测序联盟的数十名研究人员之一，“以解决头足类软体动物基因组测序的迫切需求”，正如他们在当年晚些时候在基因组科学标准上发表的白皮书中所指出的那样。
完整的章鱼基因组有望在从神经生物学到进化到工程学的各个领域引起轰动。 研究章鱼之间关系的林德格伦说：“这是一篇非常令人兴奋的论文，也是一个非常重要的进步。”章鱼已经进化到栖息于世界各大洋——从温暖的潮汐浅滩到寒冷的南极深处。 对于她和其他头足类动物科学家来说，“拥有完整的基因组就像突然获得了通往世界上最大的图书馆的钥匙，而以前你只能通过部分被遮挡的窗户窥视。”
Katherine Harmon Courage 是《大众科学》的特约编辑，也是《章鱼！海洋中最神秘的生物》一书的作者。 在 Twitter 上关注她 @KHCourage。