章鱼凭感觉寻找佳肴，但长期以来，研究者认为这种感觉不止触摸。
(资料图片)
Corey：“以触作尝”，这个词结合了机械感知和化学感知。
现在研究者认为，他们正在揭晓''这一所谓“化学触觉”的背后机制。
Corey：这种化学触觉如何起作用？有哪些相关细胞和分子？章鱼如何利用它们与外界互动？
他们的研究打开了一个新窗口，让人们了解感觉系统如何演化以及如何影响行为。
Guipeun：章鱼是理解分子演化如何影响动物感觉系统的理想模型。
章鱼体验世界的方式与人类非常不同。
【美国哈佛大学】Corey Allard：显然有些方式是我们熟悉的，我们知道章鱼是视觉动物，它们靠眼睛。但它们的惊人之处在于，它们能用8条神秘腕足，它们用腕足触摸海底缝隙，探索眼睛等器官看不见的地方和表面。
章鱼似乎只靠腕足就能接受或拒绝潜在猎物，这种行为让研究者开始探究它们的感觉能力。
Corey：1960年代的早期研究，揭示了吸盘上皮看起来像是感觉细胞的东西，这是最先让我们好奇的一个地方，就好像腕足与吸盘内真的有个感觉系统，但我们对其如何作用一无所知。
但2015年发表的首个章鱼基因组催生了许多新研究，包括章鱼不同部位的基因表达谱。
Corey：逻辑上，我们在找的感觉受体，在章鱼的吸盘边缘应该比在别的地方更丰富。而令我们惊讶的是，我们找到的不是一个受体或几个受体，而是整个化学触觉受体家族。
但是他们发现的化学触觉受体（chemotactile recaption），简称CR，和感觉系统里常见受体的类型看起来不同。
Corey：它们和已知的感觉受体不同，更接近于一组称为烟碱乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptor）的受体家族。
烟碱乙酰胆碱受体在许多动物的神经系统中都有发现，但通常它们检测体内的神经递质，并参与控制肌肉收缩等过程。
在人类中，研究重点在从治疗帕金森症到尼古丁成瘾等疾病。但它们不是感觉受体，或者说研究者是这么认为的。
Corey：在章鱼的演化过程中，它们把这些古代的烟碱乙酰胆碱受体转变成了感觉受体，乍一看几乎一模一样，直到我们深入研究才开始了解，介导这些功能差异的一些结构区域。
研究团队使用冷冻电镜对这些章鱼的受体成像，将之与其他动物体内常见的烟碱受体的结构作比较，在配体结合位点发现了一处微小但重要的不同，也就是受体与化学伙伴结合的位置。
在烟碱受体中，这是一个笼状结构，与乙酰胆碱等神经递质结合，使其打开离子通道传递信号。
但章鱼的受体则不同，它不是笼状的，它们演化出一种浅沟，能与更多种类的物质结合，特别是与水不易混合的物质，如潜在猎物留在海底的各种油状残余，是个有用的狩猎工具。
Corey：我们称它是一种化学触觉感知，基本上结合了对化学物质的化学感觉和触觉。
这能澄清以触作尝的分子机制，有助于解释章鱼的一些独特行为，尤其是将之与乌贼等近缘动物的同类受体的结构作比较。
【美国得克萨斯大学西南医学中心】Guipeun Kang：章鱼用它们的化学触觉受体进行探索性捕食。有趣的是，章鱼和乌贼的捕食策略不一样。乌贼不用腕足探索，它们是伏击型捕食者，它们隐藏、出击、抓住潜在猎物，再决定吃还是不吃。
研究者说，不同的受体可以解释这种行为差异。例如章鱼受体在开放水域是没用的。
Corey：它们能感觉到的化合物类型是一些很厌水的分子，一般不会出现在海洋水体中，而只能在海洋环境的表面上找到，所以得实际触摸它们也很合理。
Guipeun：相反，乌贼的化学触觉受体结合位点，不是对油脂分子做出反应，而是响应苦味物质。这些物质是可溶的，易溶于水。这解释了乌贼截然不同的捕食行为。
分子水平上的演化差异与截然不同的能力，和行为是一致的。而这还没有结束。
Guipeun：我们还有很多不明白的地方，我们刚开始研究章鱼和乌贼的每个受体，还有很多章鱼和乌贼的化学触觉受体，各自有着不同的性质，执行感觉系统中不同的功能。
例如，有证据表明一些章鱼受体还可以探测电压，但这一能力如何适应其更大的感觉系统仍不明确。即使在化学触觉受体的领域里，也还有很多需要了解。
Corey：我们刚开始研究的时候，还以为我们在研究一种用于捕食、寻找猎物的感觉系统。尽管我们仍然这么认为，但我们目前的发现更像是一些负面刺激，或者说章鱼所不喜欢的东西。所以我们很想发现，在CR的这种多样性里，是否有某些受体介导，我们称为食欲的东西，或是章鱼可能想吃的东西。或者章鱼什么都吃，除非有个信号，说别吃这个。
研究者正在逐渐对感觉系统的演化建立更好的理解，并能够结合行为观察和复杂的结构化理解，这让科学家又获得了一块演化拼图的新碎片。
Guipeun：头足类，包括鹦鹉螺和鱿鱼，它们的演化和章鱼乌贼不同，所以探索它们在分子层面、原子层面以及动物行为层面的差异和原因将会很有意思。
© nature，本视频编辑独立制作，欢迎查看相关论文：Structural basis of sensory receptor evolution in octopus
本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Nature Portfolio
关键词：
