這種巨型海洋動物,從未被人類捕獲過,其基因組卻被科學家破解了

2021-01-08 寰宇科學新觀察

在很長的一段歷史中,人們一直懷疑海洋裡住著巨型海怪。這些海怪長得像烏賊,體型比遠洋帆船還大,眼睛大得像餐盤,它們的觸手能夠輕而易舉地捕獲海中的鯊魚或海豹。這些海怪經常出現在傳說中或航海家們的記錄中,但就是沒人抓到過。

直到1877年,紐芬蘭的海灘上出現了一具巨大的烏賊屍體,人們才確認這樣的海洋巨獸確實存在,並把那具屍體做成標本,還將它命名為「大王烏賊」。

最近,哥本哈根大學領導的一個研究小組公布了神秘的大王烏賊(Architeuthis dux)的全基因組序列,揭示了其解剖學和進化的重要線索。大王烏賊很難被發現,而且也從未被捕獲(從沒抓到過活的),這意味著它們的生物學(甚至它們是如何繁殖的)在很大程度上仍是一個謎。而基因組序列可以解開很多關於大王烏賊的謎題。

「從它們的基因來看,我們發現大王烏賊的某些基因和其他動物的基因有很多相似的地方。這意味著我們可以通過研究這些真正怪異的動物,以了解更多關於我們自己的信息,」伍茲霍爾海洋生物實驗室的科學家卡羅琳艾伯丁(Caroline Albertin)說,他在2015年領導了一個對頭足類動物(包括魷魚、章魚、烏賊和鸚鵡螺)的第一個基因組進行測序的團隊。

研究小組發現,大王烏賊的基因組非常龐大:估計有27億個DNA鹼基對,大約是人類基因組的90%。艾伯丁分析了大王烏賊中的幾個古老的、眾所周知的基因家族,並與其他四種已測序的頭足類動物和人類基因組進行了比較。

他發現,幾乎所有動物都具備的重要發育基因在大王烏賊的基因組中也都存在。這意味著,這種巨大的無脊椎動物,整個基因組複製過程相對其他動物來說並不複雜,只是簡單的重複堆疊讓它們變得如此巨大,這一策略在很久以前就被進化用來增加脊椎動物的體積。因此,了解這種魷魚是如何變得如此巨大的,有待於對其基因組的進一步探索。

「基因組是回答許多關於這些非常怪異動物生物學問題的第一步,」艾伯丁說,例如它們如何獲得無脊椎動物中最大的大腦、它們複雜的行為和敏捷性以及它們能夠進行瞬間偽裝的不可思議的技能。

巨型烏賊想像圖

「雖然頭足類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,我們可以了解到頭足類和脊椎動物的構造差異是如何來的」艾伯丁說。艾伯丁還鑑定了原鈣粘蛋白家族中的100多個基因,這些基因在無脊椎動物中並不多見。

「原鈣粘蛋白被認為是正確連接複雜大腦的重要因素,」她說它們被認為是脊椎動物的創新,所以當我們在章魚基因組中發現超過100個時,我們真的很驚訝。他們在大王烏賊的體內也發現了類似的原鈣粘蛋白膨脹。

最後,她分析了一個基因家族,這個家族是頭足類特有的,叫做Reflections——一種參與製造顏色的蛋白質。顏色是偽裝的一個重要組成部分,所以我們試圖了解這個基因家族在做什麼,以及它是如何工作的。

「擁有這個巨大的魷魚基因組是幫助我們了解頭足類動物的一個重要節點。它還可以幫助我們了解新基因和新基因是如何在進化和發展中產生的,」艾伯丁說。

關於大王烏賊,我們還有很多未解之謎,因為我們還沒能捕獲若干個活的樣本,或者沒能近距離觀察它們的習性。但是在那之前,科學家們已經將它們的基因研究個遍了,這在生物學上,它們已經被「捕獲」了。

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