极寒环境下如何生存？章鱼有高招

居住在寒冷海域的章鱼会使用一种名为“RNA编辑”的招数，自己改变重要的神经系统蛋白质，使其能够低温下正常工作。这个研究揭示，除了特定基因发生改变外，RNA编辑也能使生物适应周围环境。

（图片来源：Pixabay）

低温会妨碍能够使神经系统发送信号的特定蛋白质的运作，当一个神经细胞进入兴奋状态时，细胞膜中的蛋白质通道就会开合，允许各种离子进出。当细胞膜内的电荷回归正常时，释放钾离子的通道就会闭合。但是低温会延缓钾离子通道的闭合，而这会阻碍神经元的再次兴奋。因此研究人员提出了一个假说，即居住在严寒环境下的物种，可以通过修改它们的钾离子通道，使其能够在极寒环境下更好的生存 [1] 。

美属波多黎各大学医学科学院的分子神经生理学家乔舒亚.罗森塔尔（Joshua Rosenthal），和他的学生桑德拉.加勒特（Sandra Garrett），认为他们知道这种调节是如何发生的。罗森塔尔最初认为，他们需要在基因层次来了解这些变化。也就是说，他们猜想，酷寒环境下的生物的钾离子通道基因，已经经过进化，因此它们可以产生一些能够在低温环境下，能更好工作的蛋白质。

于是他们就将居住在南极海水里的章鱼，和居住在水温波动范围在25到35摄氏度范围内的波多黎各暗礁中的章鱼进行对比，来证明他们的猜测。令人惊讶的是，他们发现，2种章鱼中的钾离子通道基因的DNA序列几乎都相同。于是，两位就将这种基因嵌入到青蛙卵细胞中，让卵细胞产生蛋白质。

罗森塔尔和加勒特发现，由青蛙卵细胞生成的两种章鱼的钾离子通道，功能几乎相同。随后，两位研究人员进行了计算，他们发现，如果两种生物在各自的栖息地中生活，而钾离子通道基因差不多，那南极海水里章鱼的通道闭合速度要比波多黎各同类慢60倍。

（图片来源：Pixabay）

那么居住在极地的生物是如何保持细胞正常兴奋的呢？还有另一种改变蛋白质的办法，RNA编辑。为了使蛋白质可以按基因编码制造出来，细胞要先合成RNA，RNA会作为建造蛋白质的“蓝图”，制造出蛋白质。 在RNA编辑阶段，细胞会修改RNA序列中的核甘酸序列，这能够改变目标蛋白质的氨基酸序列，并改变蛋白质的功能 。

研究人员指出，南冰洋章鱼对RNA的9处位置进行了编辑，使得钾离子通道的氨基酸序列发生了变化。其中一处编辑位置是I321V，这个位置对物种适应严寒非常重要：该处发生改变后，钾离子通道的闭合速度增加了不止2倍。

研究人员还计算了2种热带物种、2种温带物种和2种居住在极地物种的RNA编辑数量，他们发现，物种栖息地越冷， I321V发生RNA编辑的可能性就越高。研究者表示，看起来这种方法可以用来帮助物种适应环境。

（图片来源：《海贼王》剧照）

排版：小爽

题图来源： 《海贼王》剧照

参考文献：

Sandra Garrett, Joshua J.C. Rosenthal，RNA Editing Underlies Temperature Adaptation in K+ Channels fromPolar Octopuses，Science，DOI: 10.1126/science.1212795