接觸杯子的章魚。圖片來源：Lena van Giesen

章魚捕捉了人類數(shù)百年來的想象力，啟發(fā)了斯堪的納維亞海妖傳說到電視的“海底航行”，以及最近威脅不大的Netflix“我的章魚老師”。憑借其八個吸盤覆蓋的觸手，它們的外觀非常獨特，并且能夠利用這些附件觸碰并品嘗食物，同時覓食進一步使其與眾不同。

實際上，數(shù)十年來，科學家一直想知道這些臂，或者更確切地說是它們上的吸盤如何工作，從而促使人們對生物力學進行大量實驗。但是很少有人研究分子水平上的變化。在一份新報告中，哈佛大學的研究人員瞥見了章魚手臂中的神經(jīng)系統(tǒng)（很大程度上獨立于中央大腦的運作）如何管理這一壯舉。

這項工作于周四在Cell上發(fā)表。

科學家在吸盤內(nèi)的第一層細胞中發(fā)現(xiàn)了一個新穎的傳感器家族，這些傳感器可以反應并檢測在水中不能很好溶解的分子。研究表明，這些被稱為趨化感受器的傳感器使用這些分子來幫助動物弄清它所觸摸的物體以及該物體是否是獵物。

分子和細胞生物學助理教授尼古拉斯·貝洛諾（Nicholas Bellono）表示：“我們認為，由于這些分子不能很好地溶解，因此可以在章魚的獵物和（無論動物接觸到的）表面上發(fā)現(xiàn)它們。”高級作者。“所以，當章魚碰到巖石而不是螃蟹時，現(xiàn)在它的手臂知道了，'好吧，我在碰螃蟹，因為我知道不僅有碰觸，而且還有這種味道�！�

接觸杯子的章魚。圖片來源：Lena van Giesen

此外，科學家發(fā)現(xiàn)受體的反應以及它們隨后傳遞給細胞和神經(jīng)系統(tǒng)的信號具有多樣性。

貝羅諾說：“我們認為這很重要，因為它可以簡化章魚的感覺，并利用半自主的手臂神經(jīng)系統(tǒng)處理復雜的信號來處理一系列信號。”

科學家認為，這項研究可以幫助發(fā)現(xiàn)其他頭足類動物（也包括魷魚和烏賊）的無脊椎動物家族中類似的受體系統(tǒng)。希望是確定這些系統(tǒng)如何在分子水平上起作用，并回答一些有關(guān)這些生物如何適應環(huán)境的能力而尚未探索的問題。

貝羅諾實驗室的博士后研究員莉娜·范·吉森說：“對海洋的趨化性行為知之甚少，并且以該受體家族為模型系統(tǒng)，我們現(xiàn)在可以研究哪些信號對動物很重要以及如何對其進行編碼�！辈⑹钦撐牡闹饕�作者。這些對蛋白質(zhì)進化和信號編碼的見解遠遠超出了頭足類動物。”

除吉森外，該實驗室的其他合著者還包括動物技術(shù)員Peter B. Kilian和博士后研究員Corey AH Allard。

基利安說：“他們?yōu)榻鉀Q環(huán)境中的問題而制定的策略對他們來說是獨一無二的，這激發(fā)了科學家和非科學家的極大興趣�！� 人們被章魚和其他頭足類動物吸引，因為它們與大多數(shù)其他動物有很大的不同。”

研究小組著手揭示受體如何感知化學物質(zhì)并檢測它們接觸的信號，例如蝸牛周圍的觸手，以幫助它們做出選擇。

章魚的手臂獨特而復雜。章魚的神經(jīng)元約三分之二位于它們的手臂中。由于手臂部分獨立于大腦運作，因此如果手臂被切斷，手臂仍可以伸手，識別并抓住物品。

該團隊首先確定吸盤中的哪些細胞實際進行了檢測。在分離并克隆了接觸和化學受體后，他們將它們插入青蛙卵和人類細胞系中，以研究其分離功能。青蛙或人類細胞中不存在這些受體，因此這些細胞在本質(zhì)上就像封閉的血管一樣，用于研究這些受體。

然后，研究人員將這些細胞暴露于分子中，例如章魚獵物的提取物以及已知與這些受體發(fā)生反應的其他物品。一些測試對象是水溶性的，如鹽，糖，氨基酸；其他的則不能很好地溶解，并且通常不會被水生動物所關(guān)注。令人驚訝地，僅難溶性分子激活受體。

研究人員在吸盤內(nèi)部的第一層細胞中發(fā)現(xiàn)了一個新穎的傳感器家族，這些傳感器可以反應并檢測在水中不能很好溶解的分子。圖片來源：Lena van Giesen

然后，研究人員回到實驗室中的章魚，看看他們是否也通過將同樣的提取物放在它們的水箱地板上來對這些分子做出反應。他們發(fā)現(xiàn)章魚受體唯一能響應的氣味是一類非溶解性天然化學物質(zhì)，即萜類分子。

貝羅諾說：“章魚只對地板上注入了該分子的那部分有很高的反應能力。” 這使研究人員相信，他們確定的受體會吸收這些類型的分子，并幫助章魚區(qū)分它所觸摸的東西。“利用半自主神經(jīng)系統(tǒng)，它可以迅速做出以下決定：'我會收縮并抓住這只螃蟹還是繼續(xù)尋找？”

盡管該研究通過章魚的趨化性受體為章魚的這種水生觸覺感覺提供了分子解釋，但研究人員建議需要進一步的研究，因為許多未知的天然化合物也可以刺激這些受體介導復雜的行為。

貝洛諾說：“我們現(xiàn)在正在嘗試研究這些動物可能檢測到的其他天然分子。”