来源:环球科学ScientificAmerican
在动物世界里,章鱼显得独树一帜。它们虽然只是软体动物,却有着超乎想象的智力水平。更为神秘的是,没有人知道它们的智力从何而来。甚至有科学家猜想,它们可能起源于地球之外……通过基因层面的研究,科学家找到了章鱼大脑复杂性的三条线索……
2008年,德国科堡市海洋之星水族馆里的工作人员遇到了一件怪事。接连两个早晨,他们上班时都发现水族馆异常安静,整个水族馆的电力系统都短路了。他们重启系统后,第二天早上迎接他们的都是同样的寂静。因此,在第三天,几个员工决定在水族馆守夜,轮流在地板上休息。
果然,罪魁祸首出现了。一只六个月大的章鱼奥托(Otto)爬出水族缸,将出水孔对准了头顶的灯。或许是灯光使它感到恼怒,或者只是出于无聊。正如主管ElfriedeKummer所言:“奥托一直渴望得到关注,它总是会有新的惊人之举。有一次,我们看到它在水缸里戏弄一只寄居蟹。”
关于章鱼恶作剧的趣闻轶事比比皆是。据报道,已经有章鱼能够走出迷宫,拧开药瓶,甚至分辨不同的人类。解决问题、使用工具、做计划……这些都是复杂灵活的智力的标志,我们通常将这些特征与脊椎动物,尤其是哺乳动物相联系。
但这些又湿又软的章鱼,是如何拥有智力的?
智力的第二种起源?
一些学者研究章鱼及其聪明的近亲——墨鱼和鱿鱼,他们提出了“智力的第二种起源”,而这是一种与哺乳动物大相径庭的奇特构造。
章鱼有一个很大的中央大脑,它的每一条触手也都有一个独特的小型“大脑”网络。它们需要协调复杂到令人难以置信的八只触手和数百个灵敏的吸盘,更不必说伪装在珊瑚礁背景中的能力了。通过改变像素色块和纹理,以及腕足的扭曲,这些身体艺术家可以瞬间融入背景,只在威胁对手或吸引配偶时再次出现。
章鱼触手上密布的吸盘(来源:pixabay)
“它们的行为就像聪明的动物一样,即使他们是牡蛎的近亲,”芝加哥大学的神经学家Clifton Ragsdale说,“我想知道的是,它们是如何以区别于脊椎动物的方式组织较大体积的大脑的。”
那么,进化是如何产生这种第二种智力,也就是电影制片人Jacques Cousteau在上世纪70年代所称的“软智力”的?
过去的几年中,越来越多的学者都被这些神秘的生物吸引。自2015年以来,研究人员们已经获得了章鱼的DNA蓝图、基因组信息以供仔细研究。这些资料提供了一些引人注目的线索。
编辑RNA
事实证明,章鱼有大量与脑部形成相关的基因,这些基因先前仅在脊椎动物中发现。但是章鱼智慧的秘密武器可能不是我们已知的基因。
复杂的大脑需要一种方法来储存复杂的信息。令人吃惊的是,在遗传密码快速而自由的组合中,章鱼可能已经拥有了这种复杂性。
在构建生命体的过程中,DNA的解码过程通常有极度的保真度,也就是我们所知的“中心法则”。全部的DNA序列中,只有一小部分会被复制,得到的副本被称为信使RNA(mRNA)。然后,mRNA能够精确指导一种特定蛋白质的合成。
但是,一些惊人的例子并没有遵循中心法则。章鱼能够修改它们的mRNA。这种调整被称为“RNA编辑”。在人类中,只有少量的大脑蛋白质的mRNA会被编辑,而在章鱼的大脑中,大部分mRNA都会被编辑。
“这个过程让章鱼大脑的复杂程度超出了我们的想象。或许这种复杂性与它们的记忆有关。”特拉维夫大学的计算生物学家Eli Eisenberg这样说。尽管他很快补充道:“我必须强调,这只是个推测。”
毫无疑问,将章鱼的智力和RNA编辑相互联系属于边缘科学,但是好消息是,这是一个可检验的假说。借助最先进的工具,如基因编辑技术CRISPR、新型脑电波记录仪和严谨的行为学测试,研究人员正在检测RNA编辑是否确实是章鱼智力的关键。
章鱼如何变得这么聪明?
大约在4亿年前,头足类生物统治着海洋。这些动物因头与足直接相连而得名,它们体型巨大,甚至能够生长到6米。它们以虾和海星为食,用螺旋型的贝壳在海洋中漂浮并保护自己。
后来,鱼类的时代到来了。头足类不再位于海洋生物链的顶端。大多数有螺旋型贝壳的物种都灭绝了,现代鹦鹉螺则作为少数的例外存活至今。
但是,一些头足类生物摆脱了壳。因此,它们可以不受妨碍地探索与更聪明、灵活的鱼类竞争的方法。这些生物进化成为章鱼、鱿鱼和墨鱼——也就是我们所知的蛸亚纲。
这些生物进化中的创新令人目眩。它们的足分开,形成了八条高度灵巧的腕足,每条腕足上都有数百个吸盘,这使得它们的腕足就像拇指一样灵活。为了说明这种灵敏,Mather讲述了一位同事的故事,他发现他的章鱼在手术后自己把缝线拆掉了。
但对于捕食者来说,章鱼柔软的肢体是一顿美味的大餐。所以章鱼进化出了“能够思考的皮肤”,能够在0.2秒内融入背景。这些快速变色的艺术家不仅用皮肤内的色素改变自己的颜色,还能够用光滑的皮肤纹理和身体与腕足的弯曲来完成它们的表演。当它们静静地摇摆自己的两条腕足时,或许可以伪装成一棵海草。
擅长伪装的章鱼(来源:pixabay)
“这不是由简单的反射能够协调的,”在伍兹霍尔海洋研究所研究伪装行为的RogerHanlon说,“这是基于特定情境,在大脑多个层面进行的快速决策。”这种反应还依赖于形同相机的敏锐双眼。
章鱼需要强大的计算能力来控制腕足、吸盘、皮肤和双眼。因此,相对于章鱼的体型,它的大脑非常大。章鱼的大脑中有5亿个神经元,是大鼠大脑中神经元数量的2.5倍。
不同动物神经元数量对比(单位为百万,从左至右依次为海蛞蝓、大鼠、章鱼与人类)