章鱼无所不能，从它们标志性的伪装能力到向其他章鱼投掷贝壳，但它们有一个主要缺陷是无法调节体温。由于这种进化上的怪癖，水温的变化会威胁到它们强大的大脑，但它们仍然设法应对。
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一项于 6 月 8 日发表在《Cell》杂志上的研究表明，双斑章鱼通过产生不同的神经蛋白来适应季节性的温度变化。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。该研究团队认为，这种重塑保护了它们的大脑，并且这种策略很可能在其他章鱼和鱿鱼中也有应用。
“十年前，就有迹象表明有些不寻常的事情正在发生，但没有进行系统性的绘制，我们的第一个目标是系统性地绘制鱿鱼的编辑位点，”特拉维夫大学的统计数学家、该研究的合著者 Eli Eisenberg 告诉PopSci。
他们发现鱿鱼有数万个记录位点，主要位于神经组织中，这些 RNA 编辑可能在那里发生。Eisenberg 和合著者 Joshua Rosenthal 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高度进化大脑的头足类动物是如何应对它们所暴露的广泛温度范围的。
DNA 突变通常需要很长时间和多代才能使生物体适应。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——的方式。
“这通常与 CRISPR 基因组编辑形成对比，”位于芝加哥大学附属海洋生物实验室的生物学家、该研究的合著者 Rosenthal 告诉PopSci。“CRISPR 基因组编辑是一种人工过程，旨在改变 DNA，从改变发生时到生物体的整个生命周期，这些改变都是永久性的。RNA 则能让你临时地做一些事情。”
当 RNA 编辑改变蛋白质结构时，这个过程称为RNA 重编码。这相当罕见——除了章鱼和鱿鱼。人类有数百万个编辑位点，影响我们不到 3% 的基因，但鞘状头足类或“聪明”的头足类可以重编码大部分神经蛋白。
“在头足类以外的背景下，改变[蛋白质]序列并获得新类型蛋白质的主要方式是通过突变和进化，”圣弗朗西斯大学生物学家、该研究的合著者 Matthew Birk 告诉PopSci。“这需要几代人，几百年几千年，而这只需要几天。这非常令人兴奋。”
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在这项新研究中，研究团队在实验室和野外环境中对加州双斑章鱼进行了研究。该物种是首个基因组被测序的章鱼，它们可以可靠地代表其他章鱼。野生章鱼会经历快速的温度变化，例如潜入更冷的水深时，或在涌升流事件期间，以及更缓慢的变化，例如季节更替时。
他们将捕获的野生成年章鱼在水温为 71.6 华氏度（22°C）或 55.4 华氏度（13°C）的水箱中适应环境，几周后，他们将适应环境的章鱼的 RNA 转录本与基因组进行比较，寻找 RNA 编辑的迹象。
“一个令人惊讶的发现是，如此多的蛋白质、如此多的编辑位点在温度变化后发生了改变，而且几乎所有这些改变都朝向同一个方向，”Eisenberg 说。
编辑发生在基因组上约 30% 或更多的超过 20,000 个单独的位置。根据 Eisenberg 的说法，被编辑的蛋白质倾向于是神经蛋白，几乎所有对温度波动敏感的编辑位点在寒冷环境中编辑程度都更高。
为了观察这些变化发生的速度，他们研究了在微小的、拇指大小的幼年章鱼中的反应。他们以每小时增量的速度，在大约 20 小时内，将水箱温度从 57.2°F（14°C）逐渐加热到 93.2°F（34°C），或反向冷却。在测量温度变化之前、变化刚发生后以及四天后的 RNA 编辑情况后，研究团队对变化发生的快速程度感到惊讶。Birk 说，变化在不到一天的时间内就发生了，并且他们在四天后达到了新的稳定水平，并维持了一个月。
研究团队还开始研究重编码是否影响蛋白质结构功能。他们重点关注了两种对神经系统功能至关重要的蛋白质——驱动蛋白和突触小体蛋白。他们发现了证据表明重编码改变了蛋白质的结构，这将影响它们的功能。
“我非常想知道这是否会延伸到物理环境因素之外。如果社会背景能够影响你如何编码你的神经系统，那是一个非常有趣的理念，”Rosenthal 说。“我想知道这种信使 RNA 的高度重编码的底层是什么。”
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了解更多关于这种 RNA 编辑和重编码的知识，可能可以应用于人类的治疗。Rosenthal 和 Eisenberg 正在进行一个来自美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的资助项目，旨在研究 RNA 编辑是否可以用作治疗阿片类药物成瘾的非成瘾性疗法。
此类研究也在满足人们对我们八条腿的水生朋友日益增长的求知欲。“我觉得人们对章鱼的了解还挺多的。有很多我们能亲眼看到的神奇之处，”Birk 说。“现在，我们开始越来越多地认识到，即使在分子层面，它们也非常神奇。它们很奇特，激发了好奇心。”
