三個心臟,滿身「大腦」,「外星生物」章魚又有一神奇能力被發現

2020-12-05 姿勢分子knowledge

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

在很多人口中,章魚都被稱為「外星生物」,因為它的身體結構實在太特殊了。

我們的神經元集中在腦部,而章魚的神經元在每一隻觸手上都有分布,這意味著每一隻觸手都有專屬的「大腦」,可以獨立行動,甚至在章魚整體死亡後觸手仍可以存活1個小時;每一隻章魚有3個心臟,其中一個較大的心臟為全身的血液循環貢獻力量,另外兩個小的心臟為鰓供血;它們的眼睛長在頭的上方,而不是像我們一樣長在頭部裡面;章魚可以迅速變色,將自己偽裝到周圍環境中,速度令人難以想像……

更加神奇的是,如果章魚想品嘗一種食物的味道,完全不需要放到嘴裡,只需要通過觸手就可以完成。你能想像到你用自己的手臂就能品嘗味道嗎?章魚能。當它們想要品嘗某個物體時,就會用自己不計其數的吸盤進行試探。科學家曾經也沒有想到,章魚竟然在這個過程中就已經嘗到味道了。

最近,科學家們終於搞清楚了章魚品嘗味道的秘密,解開了這個「特異功能」的未解之謎。

來自哈佛大學的分子生物學家Lena van Giesen和他的同事們在對加州雙斑章魚(Octopus bimaculoides)進行研究的時候,在它的吸盤皮膚中發現了一些特殊的化學感覺細胞而這種細胞和我們體內的嗅覺和味覺感受細胞一樣,都可以通過味道的形式檢測到一些分子的存在。

(圖片說明:一躍而起的加州雙斑章魚,迅速捕捉獵物,並利用觸手和吸盤感受獵物的味道)

這些化學感覺細胞都帶有很細的末梢分支,可以持續發出緊張性(tonic)信號。不過,就像我們的舌頭一樣,它們需要足夠近距離的接觸才能夠感受到味道。不過,只要接觸到,它們就能夠對許多味道做出反應,比如包括它們自己在內的頭足類動物所噴射出墨汁裡的化學成分、或者一些有毒生物的危險信號等等。

分子生物學家Nicholas Bellono是本次研究的參與者之一,他介紹說:「這對於章魚探測隱藏在海底縫隙或者它的傳統感覺器官鞭長莫及的區域的獵物來說,是非常有幫助的。」

(圖片說明:實驗中一隻章魚「品嘗」盤子的味道)

不僅如此,在研究之前,研究人員預測能夠在章魚吸盤內發現更為常見的機械感覺細胞,它們的特點就是末端分支相對更粗一些。果然,在對吸盤進行研究的過程中,他們真的發現了這樣細胞。它們發射的信號和前者的緊張性信號恰好相反,是時相性(phasic)信號,並且只在剛開始接觸的時候發射。

時相性信號可以幫助章魚分辨自己正在觸摸的物體到底是沒有生命的物體還是正在掙扎的獵物,因為如果它們抓住的是活著的獵物,那麼獵物在掙扎過程中就會不斷地和一部分章魚吸盤分離,然後重新接觸,這就可以不斷地給章魚傳遞時相性信號。反之時相性就會很快消失,章魚就知道自己抓住的物體沒有生命。

研究人員在論文中表示:「我們發現,僅僅通過常規的觸摸,章魚就能夠對它們周圍的環境進行探索,這些動作通過接觸不同的(觸發化學感覺受體的分子)而發生改變。」

研究人員還發現:一些化學觸覺(chemotactile)細胞對於魚或者螃蟹的提取物非常敏感,這證明它們意識到了自己手上的可能是一頓豐盛的晚餐。

他們認為:這只是這些細胞的功能之一。更重要的是,它們可以感受到章魚最討厭的味道。憑藉著這個功能,章魚可以敏銳地察覺到躲在暗處的天敵的存在,及時抽身離開,防止自己被吃掉。

Bellono表示:這樣的發現還是令他們感到有些驚訝的,因為長期以來,科學家都認為這些生物是通過溶解在水中的化學物質來探測遠距離的信號的。而他們的研究則暗示我們:章魚或者其他一些水生動物也可以通過依賴於接觸的方式感受到一些溶解性較差的物質,實現同樣的功能。

雖然本次研究取得了相當的進展,但是沒有參加本次研究的加州大學生物學家Rebecca Tarvin卻指出:研究團隊選擇的三種動物是三種不同的章魚,但同屬於頭足類動物的烏賊卻並沒有表現出類似的靠吸盤來品嘗味道的能力。

Bellono也承認:「我們確實非常感興趣,想知道這種獨特的感覺運動系統是如何在其他頭足類生物中進化的。」對於頭足類生物這種器官的進化、生理學和使用方面,還有許多問題需要去研究。

他們也從基因方面進行了研究,找到了幾個和這種味覺細胞相關的基因。但是他們相信,還有更多的相關基因沒有被發現,他們推測大概有100個。

Bellono指出:章魚觸手上的這些「迷你大腦」一定具有著超凡脫俗的能力,使它們能夠通過這麼多高度專業化的受體中篩選出信息來。但另一方面,這或許也解釋了為什麼章魚體內2/3的神經元都分布在觸手上。

這麼看來,章魚果然和其他動物大不相同,它們的觸手絕不僅僅要完成運動的功能,還要充當舌頭、大腦等多方面的角色。而這樣神奇的器官,每一隻章魚都有八個……

自然界總是會用各種各樣神奇的現象來震撼我們,這一次它將自己的鬼斧神工體現在了章魚身上。生命本來就是奇蹟,章魚可以說是奇蹟中的奇蹟,難怪網上會戲稱它是「外星生物」。我們未來還會看到章魚哪些「特異功能」呢?沒有人知道。不如我們等著科學家更多的發現,再來震撼我們一次吧。

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