棲息在南極冰冷海水中的章魚(yú)并沒(méi)有給自己的觸手帶上手套，但它卻找到了另一種方式來(lái)抵御寒冷。

一項(xiàng)新的研究表明，這種海洋生物利用一種被稱(chēng)為核糖核酸（RNA）編輯的手段來(lái)定制在低溫下工作的關(guān)鍵神經(jīng)系統(tǒng)蛋白質(zhì)。這篇論文同時(shí)也第一次揭示了RNA編輯不僅僅是改變一個(gè)特定的基因能夠?qū)е逻m應(yīng)。

當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞工作時(shí)，其質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)通道會(huì)利用開(kāi)合讓不同的離子進(jìn)出。低溫能夠妨礙某些與神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信號(hào)有關(guān)的蛋白質(zhì)，這是因?yàn)閲?yán)寒能夠延遲鉀通道的關(guān)閉，從而阻礙了神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信號(hào)的能力。因此研究人員推測(cè)，生活在寒冷氣候中的生物能夠改進(jìn)它們的鉀通道，以便在嚴(yán)寒中更好地生存。

如今，圣胡安市波多黎各大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)院的分子神經(jīng)生理學(xué)家Joshua  Rosenthal和他的研究生Sandra  Garrett認(rèn)為他們已經(jīng)找到了問(wèn)題的答案。Rosenthal說(shuō)：“我想我們正在從基因的水平研究這種變化。”

在這項(xiàng)研究中，兩位科學(xué)家將生活在南極冰冷海水中的一種章魚(yú)，與另一種棲息在波多黎各珊瑚礁水溫達(dá)25至35攝氏度中的章魚(yú)進(jìn)行了比較。令他們感到驚訝的是，兩人發(fā)現(xiàn)，兩種章魚(yú)體內(nèi)的鉀通道基因幾乎具有完全相同的脫氧核糖核酸（DNA）序列。接下來(lái)，研究人員將這些基因植入蛙卵細(xì)胞，目的是合成每種蛋白質(zhì)，并將它們加載于質(zhì)膜上。這一做法使得研究人員能夠測(cè)量每一物種鉀通道的電活動(dòng)。結(jié)果顯示，這兩個(gè)物種的鉀通道功能基本上是一致的。

那么極地生物究竟是如何保持其神經(jīng)正常發(fā)報(bào)呢？它們采用了另一種方式RNA編輯來(lái)改變一種蛋白質(zhì)。在RNA編輯的過(guò)程中，細(xì)胞修改了RNA的核苷酸序列，它可以改變由此產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)的功能。研究人員發(fā)現(xiàn)，南極章魚(yú)在9個(gè)位點(diǎn)改變了自己的RNA，從而改變了鉀通道的氨基酸序列。

研究人員日前在美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告了這一研究成果。他們指出，其中的一些位點(diǎn)，例如I321V，對(duì)于適應(yīng)寒冷尤為重要這一變化使鉀通道的關(guān)閉速度翻了兩番。

研究人員發(fā)現(xiàn)章魚(yú)(octopus)在冰冷的水中存活的原因不是由于基因DNA上的差異，而是由于RNA編輯(RNA  editing)上的差異造成的。來(lái)自位于圣胡安的波多黎各大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)校區(qū)的分子神經(jīng)生理學(xué)家Joshua  Rosenthal和他的研究生Sandra  Garrett領(lǐng)導(dǎo)了該項(xiàng)新研究，研究結(jié)果于2012年1月5日在線(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

當(dāng)在低溫條件下，產(chǎn)生神經(jīng)信號(hào)的某些蛋白的功能受到削弱。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞受到刺激時(shí)，蛋白通道打開(kāi)或者關(guān)閉以便允許鉀離子進(jìn)來(lái)或出去。低溫能夠延遲這些通道的關(guān)閉，從而阻止神經(jīng)元激活。

Rosenthal和Garrett認(rèn)為章魚(yú)要在北冰洋和南極海冰冷的水域中存活，它們應(yīng)當(dāng)在DNA序列上產(chǎn)生變化。為了驗(yàn)證這一理論，研究人員比較了來(lái)自南極海冰冷水域的章魚(yú)物種和來(lái)自波多黎各珊瑚礁溫暖水域的章魚(yú)物種。當(dāng)他們研究它們的鉀離子通道基因時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)該基因的DNA序列幾乎完全一致。

他們?nèi)缓螳@得這些基因，并將它們插入到青蛙卵細(xì)胞中以便測(cè)量每個(gè)通道的電活性。他們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)這兩種章魚(yú)物種以相同的方式發(fā)揮作用。但是如果來(lái)自冰冷水域的章魚(yú)與來(lái)自溫暖水域的章魚(yú)以同樣的速度發(fā)生神經(jīng)刺激，該通道關(guān)閉速度要慢60倍，如此這種章魚(yú)如何存活呢？

他們意識(shí)到RNA編輯必須發(fā)揮作用。在RNA編輯中，細(xì)胞合成特定DNA序列的RNA版本，同時(shí)伴隨著改變的核酸序列，這樣將會(huì)改變氨基酸從而改變蛋白功能。當(dāng)研究人員在研究RNA編輯時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)南極水域的章魚(yú)物種在9個(gè)不同的位點(diǎn)編輯它的RNA，從而改變鉀離子通道的氨基酸序列。在這當(dāng)中，有一個(gè)已知為I321V的位點(diǎn)對(duì)于章魚(yú)在冰冷環(huán)境下存活是非常重要的，因?yàn)樗淖冣涬x子通道的關(guān)閉速度50%以上。章魚(yú)棲息地越冷，他們更可能在這個(gè)位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)這種編輯。

這篇研究顯示RNA編輯在有機(jī)體環(huán)境適應(yīng)上能夠起著很大作用。