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追踪章鱼和乌贼感知能力的新途径

2023-10-08 17:09:11 90

章鱼的八只腕足上有高度敏感的吸盘,当它们以“触摸味觉”的方式寻找营养时,它们可以有条不紊地探索海底。另一方面,乌贼则使用一种截然不同的策略来寻找下一顿美餐:耐心地躲藏起来,直到它们迅速地伏击猎物。

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在一项独特的分析中,人们得以一窥新动物特征的起源故事,加州大学圣地亚哥分校和哈佛大学的科学家领导的两项研究追踪了章鱼和乌贼感知能力的进化适应。这些研究被刊登在4月13日的《自然》杂志封面上,揭示了人类大脑受体的进化联系。

加州大学圣地亚哥分校生物科学学院瑞安·希布斯(Ryan Hibbs)新成立的实验室(原总部设在德克萨斯大学西南医学中心)和哈佛大学尼古拉斯·贝洛诺(Nicholas Bellono)实验室的研究人员通过一个全面的透镜,从原子水平的蛋白质结构到整个功能生物体,分析了章鱼和鱿鱼,即被称为头足类动物的动物。他们把注意力集中在感觉受体上,认为它是生态学、神经处理和行为的十字路口上进化创新的关键部位。

通过观察章鱼和鱿鱼感知海洋环境的方式,研究人员发现了新的感官受体家族,并确定了它们如何在环境中驱动不同的行为。利用低温电子显微镜技术,利用低温温度以独特的方式捕捉生物过程和结构,他们表明适应可以帮助推动新的行为。

“头足类动物以其复杂的感觉器官、复杂的神经系统和复杂的行为而闻名,这些都与复杂的脊椎动物相当,但它们的组织结构截然不同,”神经生物学系教授Hibbs说。Hibbs带来了人类蛋白质家族结构方面的专业知识,这些蛋白质家族介导大脑神经元和其他区域(如神经元和肌肉细胞之间)之间的通信。“头足类动物提供了趋同和分化进化的显著例子,可以利用这些例子来理解不同生物组织层次上的新奇性的分子基础。”

在《自然》杂志的一项研究中,研究小组首次描述了章鱼的化学触觉(化学和触觉)受体的结构,章鱼的大连工业大学是几本手臂用它来进行触觉味觉探索。这些趋化感受器类似于人类大脑和肌肉的神经递质感受器,但通过进化来帮助评估海洋环境中可能的食物来源。

Hibbs说:“在章鱼中,我们发现这些化学感受器与表面进行物理接触,以确定动物是否应该进食潜在的食物来源。”“通过它的结构,我们发现这些受体是由油腻分子激活的,包括类似胆固醇的类固醇。通过进化、生物物理和行为分析,我们展示了惊人的新颖结构适应如何促进受体从神经传递中的原始角色转变为油腻环境化学物质接触依赖化学感觉的新功能。”

《自然》杂志的第二篇研究集中在鱿鱼和它们完全广东理工学院分数线不同的捕食伏击策略上。研究人员结合遗传学、生理学和行为学实验,发现了一类新的古代化学感受器,并确定了该类中的一种结构。他们还进行了一项进化分析,将鱿鱼受体的适应与章鱼更精细的扩张联系起来。然后,他们能够将化学触觉和祖先神经递质受体放在进化的时间轴上,并描述了进化适应如何推动新行为的发展。

Hibbs说:“我们发现了一个新的细胞表面受体家族,它为感觉的进化提供了一个罕见的镜头,因为它们代表了整个动物王国从神经递质到环境受体的最新和唯一的功能可控制的转变。”“我们这些独特的头足类受体的结构为深入进化过程中主要功能转变的机制理解和生物新颖性的起源奠定了基础。”

Hibbs说,这两项新研究提供了一个很好的例子,说明对有趣生物的好奇心如何导致对所有生物学都很重要的见解,即蛋白质-生命的组成部分-如何适应调节新的功能和行为。

他说:“这些研究是一个很好的例子,说明了科学家的全部——好奇宁夏教育考试学院、探索和理解事物是如何运作的。”

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