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章鱼为何不怕冷?(图)

发布时间:2012年02月06日 13:16 | 进入复兴论坛 | 来源:金羊网-羊城晚报 | 手机看视频


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红灵芝

  (译自《科学》网站)

  一篇新研究论文称,居住在寒冷海域的章鱼,会通过“RNA编辑”,改变体内重要的神经系统蛋白质,使其能够在低温下正常工作。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。

  “RNA编辑”是指一种遗传信息在RNA水平发生改变的过程,它会改变RNA序列,使其不同于基因组模板DNA序列。它能使同一个基因序列生成几种不同蛋白质。这可能是生物在长期进化过程中,形成的更经济、更有效扩展原有遗传信息的机制。

  先来了解一下神经元对低温的反应过程。正常的细胞活动时,需要神经系统发出指令让一种特定蛋白质运作,令神经细胞呈兴奋状态,此时细胞膜中的蛋白质通道会打开,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。但低温会妨碍神经系统正常发送信号,因此低温会延缓钾离子通道的闭合,阻碍神经元的再次兴奋。

  研究人员因此提出一个假说: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开合时间,来适应极寒环境。

  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 罗森塔尔和他的学生桑德拉 加勒特认为,酷寒环境下生物的钾离子通道基因,经过进化,已经可以产生一种能够在低温环境下正常工作的蛋白质。

  居住在南极海水里的章鱼成为他们研究的对象。和居住在水温于25摄氏度到35摄氏度范围内的波多黎各暗礁中的章鱼相比,他们惊讶地发现,两种章鱼的钾离子通道基因DNA序列几乎相同。他们将这种基因嵌入到青蛙卵细胞中,让卵细胞产生蛋白质。他们发现,由青蛙卵细胞生成的两种章鱼的钾离子通道,功能也几乎相同。那么是什么让它们可以在差别如此显著的环境下都能正常生存呢?两位研究人员进行了大胆推理。最后他们认为,南极海水里的章鱼如果在正常情况下,其钾离子通道闭合速度,最少要比波多黎各同类慢60倍,这样它可能无法正常生存。既然它能安然存活,便只有一种可能:南极海水里的章鱼或许通过“RNA编辑”,生成了适合低温的特性蛋白质,以保持钾离子通道正常闭合。

  为了制造合适的蛋白质,细胞要先合成特别的RNA。“RNA编辑”时,细胞会修改RNA序列中的核甘酸序列,从而改变目标蛋白质的氨基酸序列,并改变蛋白质的功能。研究人员在报告中指出,南极海水里的章鱼正是对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,所以它们才不怕寒冷。他们还准确指出其中一处编辑位置代号为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会大为增加。

  研究人员还计算了另外两种热带物种、两种温带物种和两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。看起来正是这种进化方法,在帮助物种适应寒冷环境。

  红灵芝

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