科學人雜誌
生物學

歡迎章魚加入模式生物

2021-04-01 納維爾(Rachel Nuwer)
大腦特別大的頭足類可能有助於了解智力、複雜性等性狀的演化及其神經生物學。


比起章魚,我們與恐龍的親緣關係更為親近,人類譜系早在5億年前就與頭足類(包括章魚、烏賊及墨魚等無脊椎動物)分道揚鑣。章魚大腦並不具備任何脊椎動物大腦的主要解剖特徵,且神經元主要分佈於觸手而非頭部。


然而章魚非常聰明,其大腦佔身體尺寸的比例遠大於其他動物,僅次於鳥類及哺乳動物。牠們具備高階認知能力,包括使用工具及解決問題,甚至可以找到方法來打開罐蓋以拿取食物。許多研究人員認為,章魚非常聰明,再加上與人類非常不同,使牠們成為一種理想的模式生物,除了可了解頭足類既已演化出的嶄新神經學運作方式之外,還能用來推論控制複雜大腦功能的共通原理。


科學家常透過果蠅、斑馬魚及秀麗隱桿線蟲等動物,來深入理解並洞悉生物學。但是在所有已廣泛研究且易於飼養在實驗室的「模式物種」當中,最常用來研究大腦運作機制的模型,是像小鼠這類的齧齒類動物。


美國約翰霍普金斯大學神經科學家多倫(Gul Dolen)說:「採用小鼠的好處在於牠的大腦與人類非常相似,而章魚的好處是牠與人類的極度差異。」把這些系統用來與人類本身的系統進行比較,「有邏輯上化約的效果。」她指出,線蟲和果蠅也與人類非常不同,但就複雜性來說,章魚使這些無脊椎動物黯然失色。包括多倫在內的神經科學家開始倡議以章魚做為神經學研究的模式生物,因為他們深刻了解到頭足類與人類截然不同,且具備高度的複雜性,能提供絕無僅有的條件。


用章魚來了解人類的構想始於1960年代,原先由神經生理學家楊恩(J. Z. Young)提出。2015年科學家以加州雙斑蛸(California twospot octopus)完成第一個章魚基因組定序,使這想法不再遙不可及。此研究發表於《自然》,論文共同作者、芝加哥大學的神經生物學家拉格斯戴爾(Clifton Ragsdale)說:「全基因組能提供前所未有的大量訊息。」


這些研究人員表示,就像其他模式物種一樣,章魚基因組的發表,為重要的研究模式排除了障礙。這些研究模式包括利用基因工程技術來探究大腦運作原理、詳細研究特定基因的表現,並透過計算章魚基因與其他物種基因的差異來探索演化。


位於麻州伍茲赫爾的海洋生物學實驗室演化發育生物學家阿爾伯汀(Caroline Albertin)是章魚基因組定序研究的第一作者,她說:「如今能以這些備受注目的動物進行研究,相當令人興奮,還有大量研究和問題有待探索。」......


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