章鱼重写自己的 RNA 以在极寒天气中生存

章鱼无所不能，从它们标志性的伪装到向其他章鱼扔贝壳，但它们无法做到的一件事就是体温调节。由于这种进化的怪癖，水温变化可能会威胁到它们强大的大脑，但它们仍然设法应对。

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6 月 8 日发表在《细胞》杂志上的一项研究表明，双斑章鱼通过产生不同的神经蛋白来适应季节性温度变化。它们通过编辑 RNA（蛋白质和 DNA 之间的信使分子）来实现这一点。这项研究的团队认为，这种重新布线可以保护它们的大脑，这种策略很可能适用于其他章鱼和鱿鱼。

“十年前，就有一些迹象表明发生了一些不寻常的事情，但并没有系统的绘图，而我们的第一个目标是系统地绘制鱿鱼的编辑位点，”研究报告的共同作者、特拉维夫大学统计数学家 Eli Eisenberg 告诉PopSci 。

他们发现，鱿鱼有数万个记录位点，主要位于它们的神经组织中，这些 RNA 编辑可能就发生在这里。艾森伯格和研究合著者约书亚·罗森塔尔将他们的研究扩展到章鱼及其神经网络。他们想知道这些拥有复杂且进化良好的大脑的头足类动物如何应对它们所处的各种温度。

DNA 突变通常可使生物体在很长一段时间内适应多代。RNA 编辑是一种常见、灵活且临时的适应环境变化（如季节性温度）的方法。

芝加哥大学附属海洋生物实验室的生物学家罗森塔尔告诉PopSci ：“人们经常将这种技术与 CRISPR 基因组编辑进行对比。CRISPR 基因组编辑是一种人工过程，旨在改变 DNA，这种改变从发生之时起，在生物体的整个生命周期中都是永久性的。RNA 让你有机会暂时做一些事情。”

当 RNA 编辑改变蛋白质结构时，这个过程被称为 RNA 重新编码。这种情况非常罕见——除了章鱼和鱿鱼。人类有数百万个编辑位点，影响不到我们基因的 3%，但蛸亚纲或“聪明”的头足类动物可以重新编码其大部分神经蛋白。

“在头足类动物之外，改变蛋白质序列并获得新蛋白质的主要方式是通过突变和进化，”研究合著者、圣弗朗西斯大学生物学家马修·伯克告诉PopSci 。“这需要几代人、几百年、几千年的时间，而这个只需要几天。这非常令人兴奋。”

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在这项新研究中，研究小组在实验室和野外对加州双斑章鱼进行了研究。该物种是第一种进行基因组测序的章鱼，它们是其他章鱼的可靠代表。野生章鱼会经历温度的快速变化，例如当它们潜入较冷的深度或上升流事件时，以及温度变化较慢的情况，例如季节变化。

他们让野生成年章鱼适应水箱中的温水（71.6ºF）或冷水（55.4ºF），几周后，他们将适应后的章鱼的 RNA 转录本与基因组进行比较，以寻找 RNA 编辑的迹象。

艾森伯格说：“一个令人惊讶的发现是，许多蛋白质、许多编辑位点都随着温度变化而发生变化，而且它们几乎都朝着同一个方向变化。”

编辑发生在基因组中约 30% 或超过 20,000 个单独位置。Eisenberg 表示，被编辑的蛋白质往往是神经蛋白质，几乎所有对温度变化敏感的编辑位点在寒冷天气中的编辑程度都更高。

为了了解这些变化发生的速度，他们研究了拇指大小的幼年章鱼的反应。他们在约 20 小时内以每小时为单位逐渐将水箱从 57.2°F 加热或冷却至 93.2°F，反之亦然。在测量温度变化前、温度变化后和四天后的 RNA 编辑后，研究小组对变化发生的速度感到惊讶。Birk 说，变化发生在不到一天的时间内，新的稳定水平在四天后出现并持续了一个月。

研究小组还开始调查重新编码是否会影响蛋白质结构功能。他们重点研究了两种对神经系统功能至关重要的蛋白质——驱动蛋白和突触结合蛋白。他们发现证据表明，重新编码改变了蛋白质的结构，从而影响了它们的功能。

“我真的很想知道这是否超出了物理环境因素的范围。如果社会环境可以影响你编码神经系统的方式，这是一个非常有趣的概念，”罗森塔尔说。“我想知道这种高水平信使 RNA 重新编码的根本原因是什么。”

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进一步了解 RNA 编辑和重新编码可应用于人类治疗。Rosenthal 和 Eisenberg 正在研究美国国立卫生研究院的一项资助项目，以研究 RNA 编辑是否可用作阿片类药物的非成瘾性治疗。

此类研究也满足了人们对我们八足水生朋友日益增长的求知欲望。“我觉得人们非常了解或知道章鱼。我们可以亲眼看到所有这些迷人的东西，”伯克说。“现在，我们开始越来越明白，即使在分子水平上，它们也非常迷人。它们很奇怪，激发了好奇心。”