深海巨怪不再神秘,人類首次獲取其全基因組序列

2021-01-07 網易

　　

　　在北歐的神話中，深海裡存在著一種體長150米的巨型怪物，它們居住在挪威和格陵蘭島海岸附近，所以又被稱之為挪威海怪（名字叫做克拉肯，Kraken）。

　　一般認為挪威海怪是一種體型巨大的章魚或者烏賊，很多小說或者影視劇中都出現過(比如《加勒比海盜》)。對於航船來說，挪威海怪代表的就是死亡。據說當它浮在水面的時候，有些水手會誤把它的身體當作一座「小島」，甚至會登上這座小島，在上面安營紮寨，結果在它沉下去的時候葬身海底。最恐怖的還是挪威海怪的巨型觸角，隨便一拍就可以打碎一艘航船。

　　

　　19世紀以來，隨著現代生物學的發展，人們對海洋有了更多的了解，大多數人已經相信挪威海怪其實就是巨型烏賊! 海裡發現五六米，甚至十多米長的巨型烏賊並非沒有可能，有時巨型烏賊也確實會襲擊過往船隻，因此，過於荒誕的海怪傳說逐漸消失。

　　巨型烏賊（giant squid，拉丁學名Architeuthis dux），也叫大王烏賊，這種神秘的巨型頭足類動物，分布在除南北極以外的其他深海區。它們擁有無脊椎動物中最大的大腦，行為複雜而敏捷，還擁有出色的偽裝和模仿等不可思議的技能，這使得科學研究進行的十分困難。

　　迄今為止，幾乎沒有一隻巨型烏賊被活捉，所以它們的許多生物特性仍然是個謎。僅有的一些被研究過的標本，都是被衝上岸或被漁民意外拖上來的屍體。

　　

　　但是，令人驚喜的是，2020年1月16日，哥本哈根大學領導的一個研究小組在華大基因大數據期刊GigaScience發表了題為：A draft genome sequence of the elusive giant squid, Architeuthis dux 的研究論文。

　　該研究首次公布了神秘巨型烏賊的全基因組序列，揭示了其解剖和進化的重要線索，讓我們對這種神秘生物的認知又進了一大步。

　　巨型烏賊全基因組數據的發布為未來研究這個令人敬畏的生物奠定了基礎，也進一步增加了我們對地球上生命多樣性的理解。

　　研究人員發現巨型烏賊的基因組很大，據估計有27億個DNA鹼基對，大約是人類基因組的90%。

　　

　　參與測序研究的科學家Caroline Albertin介紹說：就基因而言，我們發現巨型烏賊和其他動物很像。這意味著我們可以通過研究這種奇怪的動物來更多地了解人類自己。她在2015年還曾領導一個團隊，對頭足類動物(包括烏賊、章魚、墨魚和鸚鵡螺)進行了首次基因組測序。

　　Albertin分析了巨型烏賊中幾個古老、知名的基因家族，並與已測序的其他四種頭足類物種以及人類基因組進行了比較。

　　

　　她發現幾乎所有動物中重要的發育基因（Hox和Wnt）在巨型烏賊基因組中僅呈單拷貝存在。這意味著這種巨大的無脊椎動物並不是通過全基因組複製才變得如此龐大的，而是進化很久以前就採取了這種策略來增加無脊椎動物的體積。

　　所以，了解這個物種是如何變得如此巨大的，還需要進一步探索它的基因組。

　　

　　Albertin說：「基因組是回答這些神秘動物的許多生物學問題的第一步。例如，它們如何獲得無脊椎動物中最大的大腦、複雜的行為和敏捷性以及令人難以置信的瞬時偽裝技能等。雖然頭足類動物有許多複雜而精細的特徵，但它們被認為是獨立於脊椎動物進化而來的。通過比較它們的基因組，我們可以回答頭足類動物和脊椎動物的構造是否相同或不同。」

　　Albertin還在巨型烏賊基因組中發現了100多個原鈣粘蛋白（procadadherin）家族的基因，而這些基因在無脊椎動物中並不常見。

　　她說:「人們認為原鈣粘蛋白在正確連接複雜的大腦方面很重要。而且，原鈣粘蛋白被認為是脊椎動物的創新，所以當我們在巨型烏賊基因組中發現超過100個原鈣粘蛋白基因的時候，我們感到非常驚訝。」

　　最後，她分析了一個迄今為止頭足類動物獨有的基因家族，叫做反光蛋白（reflectin）。反光蛋白非常獨特，在資料庫中幾乎找不到其他任何相似的同源蛋白。此外，反光蛋白的胺基酸組成也非常不同尋常，在普通蛋白質中常見的幾種胺基酸（比如丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和賴氨酸）幾乎不存在於這一蛋白質中，而相對稀少的胺基酸（如酪氨酸、色氨酸、甲硫氨酸和精氨酸）在反光蛋白中的含量卻達到了一半以上。

　　這種蛋白質具有非常高的折光率，可以幾乎反射所有可見光，高於其他所有目前所知天然存在的蛋白質。反光蛋白編碼一種與彩虹色有關的蛋白質。顏色是偽裝的重要組成部分，所以我們試圖了解這個基因家族的作用及作用方式。

　　擁有這個巨型烏賊的基因組是幫助我們理解什麼促使了頭足類動物進化的一個重要節點。它還可以幫助我們了解新的基因是如何在進化和發育中出現的。

　　

　　近年來，海洋變暖和酸化、汙染、缺氧和捕魚已經影響了頭足類動物的數量。在巨型烏賊標本組織中發現了高濃度的汞，在深海頭足類動物組織中也發現了大量的阻燃化學物質。因此，迫切需要對這些重要但很少見的動物有更深入的生物學了解，以幫助對它們進行正確的保護。

　　https://academic.oup.com/gigascience/article/9/1/giz152/5697198

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