生物要生存,一定要感知周遭環境。章魚 🐙、烏賊 🦑 都屬於頭足綱(Cephalopod),旗下物種很多。2023 年兩個論文深入探討這些住在海洋的動物,如何使用觸手認識世界。
via 葛飾北齋作品
論文一:
Structural basis of sensory receptor evolution in octopus
論文二:
Sensory specializations drive octopus and squid behaviour
本文會提到許多化學名詞,讀起來感覺跟外星話一樣。不過名字不重要,讀到時當作個代號即可。
頭足綱的觸手上,神經受器稱為 chemotactile receptor,比較基因可以知道這類受器,和動物的 nicotinic acetylcholine receptor 同源。
nicotinic acetylcholine receptor 唸起來有尼古丁的味道,它叫作「菸鹼型乙醯膽鹼受器」。神經受器各有工作,這款受器會在動物體內作用,接收「神經傳導物質(neurotransmitter)」的訊息。
重點是,菸鹼型受器是在體內工作,傳遞訊號的神經元。可是章魚、烏賊觸手上的受器是在體外工作,感測周圍環境的物質。
受器是立體的接收器,形狀會影響能結合哪些物質。論文使用冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)調查受器的結構,判斷和菸鹼型受器相比,烏賊觸手的受器有一些變化,章魚則改變更多。
菸鹼型受器接收的對象,是水溶性的神經傳導物質。烏賊受器主要的接受目標則是 denatonium(苯甲地那銨),chloroquine(氯化奎寧)也行,反正就是有苦味的物質。
由此可知,烏賊觸手善於吃苦。不過它們對苦味敏感的目的,其實不是愛吃苦,反倒是不想吃苦,提早偵測苦味才能避開。
烏賊是伏擊型的掠食者,必需在相隔一段距離下,偵測目標排往海水中的水溶性分子。什麼好吃、什麼難吃、什麼能吃、什麼不能吃,是烏賊必需解讀的資訊。
章魚和烏賊截然不同,它們習慣住在海底,東摸摸西摸摸,摸到獵物就吃掉。章魚觸手上的受器數目,比烏賊多很多,是觸手 play 的高手。
和菸鹼型受器相比,章魚觸手的受器變化很大,幾處突變讓接觸部位變得更寬、更扁,更疏水性。偵測目標主要是不太溶於水,比較油的 terpene(萜烯),摸到萜烯就是美味的意思。
頭足類觸手的受器,是演化創新的典型案例。在古早菸鹼型受器的基礎上,基因複製加上突變產生許多新的受器基因,改為在體外工作,偵測體外的味道分子。
章魚、烏賊都是頭足類,但是它們用的受器截然不同。章魚的祖先發生許多基因複製,烏賊的祖先也有很多,兩邊獨立演化。結構與功能上,可以看出從菸鹼型受器,到烏賊,再到章魚的變化。可是演化上其實不是漸變,烏賊、章魚是各自獨立發展。
烏賊專屬的受器,對苦味的水溶性分子特別敏感;而章魚專屬的受器,目標是不可溶的萜烯。烏賊擅長在海水中伏擊,章魚習慣在海底摸索,覓食方式有別,也導致不同的適應。
新聞稿:
Taking a lesson in evolutionary adaptation from octopus, squid
新聞:
How octopuses taste with their arms
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