章魚基因圖譜揭密腦神經元可塑力

THE MERIT TIMES

編譯／潘楠慕 2023-11-05 10:00

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人造水果目標是味道與自然的一樣好。圖／法新社、美聯社

曾在世界盃足球賽神準預測贏球隊伍的章魚哥「保羅」。圖／法新社、美聯社

遠古人類模擬塑像。圖／法新社、美聯社

基因解碼有助了解生物機制。圖／法新社、美聯社

暖化正影響蔬果產量。圖／法新社、美聯社

實驗室培育人造水果。圖／Plant & Food Research

夏威夷的章魚寶寶。圖／法新社、美聯社

基因研究解密章魚基因圖譜。圖／法新社、美聯社

人類起源展與參觀者。圖／法新社、美聯社

人類腦容量大小會受氣候影響。圖／法新社、美聯社

編譯／潘楠慕

章魚被視為非常聰明的動物，尤其大腦神經可塑性，具備適應環境的改變和學習能力，因此被當做神經科學、認知研究和發展生物學上的一個重要模型生物。一份最近發表的研究報告揭開章魚的基因圖譜，有助於了解這種動物的生物機制，也充實相關領域的研究。

章魚有無脊椎動物中最複雜的神經系統，能夠適應環境學習新行為，要了解章魚的生物機制和演化歷史，就需要有可靠的基因圖譜，而這一直是章魚相關研究所欠缺的。這份由奧地利維也納大學、比利時魯汶天主教大學、西班牙國家基因組分析中心（CNAG）和義大利安東．多恩海洋生物研究中心（SZN）合作的研究，填補了這個缺口。

研究人員以學名為「真蛸」的普通章魚（Octopus vulgaris）為研究對象，從這種章魚的基因組中辨識出30條染色體，章魚共有28億個鹼基對，當中99.34%都在這30條染色體上編碼，其基因組規模遠大於其他無脊椎動物。這項研究也發現，普通章魚所有的染色體，都表現出許多結構性的改變，這些改變是經過染色體片段斷裂、重新排列、組合而造成，這一點突顯了在章魚4400萬年演化史上的演化動態。

這份報告10月在「美國遺傳學協會」出版的《G3：基因，基因組學，遺傳學》（G3: Genes, Genomes, Genetics）期刊發表。報告第一作者、維也納大學神經科學與發展生物學系學者達斯塔諾維奇（Dalila Destanovic）說：「就算是在親緣非常接近的物種，也觀察到許多染色體結構的變化，這令人好奇章魚演化歷程中，基因組的變動，也為這種染色體結構改變，對章魚獨具一格的特色有何影響，開啟了研究的大門。」

章魚、墨魚和烏賊都屬於頭足綱中的蛸亞綱（coleoid），此群體物種的特色是，高度多樣化的生活方式、生物體結構和對環境的適應力，尤其是章魚大腦的神經可塑性，即大腦在學習和體驗新事物時的改變和適應能力，對這些動物的研究，可提供佐證顯示這類動物存在與哺乳動物大腦類似功能的結構。

此外，章魚身體部分部位能夠再生，以及迅速改變身體圖案的能力，也對偽裝、溝通具有重要性，這些都使得章魚成為熱門研究對象，希望了解這種聰明的動物，在演化過程中如何產生這些特色和經歷的變化。

達斯塔諾維奇說：「我們以現今用於基因組研究的技術，能夠為章魚建立一張『基因組地圖』，呈現出染色體層級的基因訊息編碼。」這份具參考作用的基因圖譜，有助於科學界更深入了解頭足綱蛸亞綱生物，以及蛤蜊、蝸牛等其他軟體動物遠親的演化歷程。

糧安危機最新解方：人造水果

氣候變遷對作物生長的威脅愈來愈令人憂心之際，紐西蘭一群科學家正試圖在實驗室中，利用植物細胞培養出人造水果，希望有助於維護糧食安全，同時減少傳統種植方式帶來的運輸成本和碳排量。

獲紐西蘭政府支持的「植物與食物研究所」（Plant & Food Research）人造水果研究，著重於從莓果、蘋果、斐濟果（feijoas）、桃子、葡萄等類水果，取得植物細胞來培育水果。

目前人造水果的研究相對少見，「植物與食物研究所」的目標，是要透過這項開創性研究，帶動相關領域的發展，以期所培育的人造水果，不僅全果可食，沒有傳統水果會被丟棄的果核、果皮等部分，味道、氣味和質感也都像自然種植的水果一樣好。

該機構旗下「設計食物計畫」首席科學家肖恩（Ben Schon）說：「在紐西蘭，我們很擅長種植傳統園藝作物，但是，放眼未來，這個世界將有很大的變化，包括人口成長、都市化增加以及氣候變遷。」

策略負責人鮑德溫（Sam Baldwin）認為，人口持續增加，需要生產更多食物供應需求，但是可種植區域卻正在減少，且氣候壓力日增，「一切照舊的方式，或許無法解決需求」。他說，人造水果技術適合在城市裡使用，減少水果收成、運送到都市的成本和碳排量，也能降低因氣候造成產量損失。

未參與這項計畫的紐西蘭梅西大學食品科學家拉什迪尼賈德（Ali Rashidinejad）提醒，人造食物可在永續農業中扮演要角，但是這種技術仍在發展的初期階段，還得經過成本高昂且耗時的臨床試驗證明安全性，「克服這類障礙少說也要好幾年」。

暖化還有這層影響：讓人變笨

科學家分析5萬年來氣候紀錄與人類遺骸，發現過去的氣候變遷，與人類大腦的縮小有關聯性，暖化時期的人類腦部明顯縮小，而這可能是人類對氣候改變所出現的調適反應。

美國加州自然史博物館認知科學家史特貝爾（Jeff Morgan Stibel）進行的這項研究，從10份不同的已發表資料，取得近5萬年來298名智人（Homo）骨骸樣本，進行373次腦容量測量，再與「歐洲南極冰芯計畫：康科迪亞冰穹」（EPICA Dome C）的全球氣溫、溼度、降雨量等紀錄比對，發現當氣候暖化，人類大腦的平均尺寸，明顯變得比氣候較冷時期還小。

康科迪亞冰穹的冰芯有最早到80多萬年前的地表氣溫精確測量紀錄。最近5萬年間，經歷過「末次冰盛期」，即距今最近一次冰河期中最寒冷的一段時間，之後的「全新世」地球平均氣溫回升，一直到今天。

分析顯示，人類大腦平均尺寸在全新世回暖期間顯著減少約10.7%，「大腦尺寸變化，顯然在氣候改變之後發生了數千年，這一點在末次冰盛期後格外明顯」。這種演化模式發生在相對短的一段時間，從5000年前到1萬7000年前，這意味著，現在持續中的全球暖化，可能會對人類認知力產生有害影響。

這份在《大腦、行為與演化》（Brain Behavior and Evolution）期刊發表的報告結論認為，「氣候變遷是智人腦部大小的先兆，大腦特定的演化改變，或許是對環境壓力的回應」。

史特貝爾指出，「現今人類大腦就算是縮小一點點，都可能在生理上有重大影響，卻尚未被充分了解」；面對近年暖化趨勢，了解氣候變化如何影響人類大腦體積和人類行為，十分重要。

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