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明明不是食物鏈的頂層,但它的智力已經高到人類無法理解了!

  • 小白兔

  • 2018-10-12 16:43:37

在動物世界裡,章魚顯得獨樹一幟。它們雖然只是軟體動物,卻有著超乎想象的智力水平。更為神祕的是,沒有人知道它們的智力從何而來。甚至有科學家猜想,它們可能起源於地球之外……通過基因層面的研究,科學家找到了章魚大腦複雜性的三條線索…

2008年,國科堡市海洋之星水族館裡的工作人員遇到了一件怪事。接連兩個早晨,他們上班時都發現水族館異常安靜,整個水族館的電力系統都短路了。他們重啟系統後,第二天早上迎接他們的都是同樣的寂靜。因此,在第三天,幾個員工決定在水族館守夜,輪流在地板上休息。

果然,罪魁禍首出現了。一隻六個月大的章魚奧託(Otto)爬出水族缸,將出水孔對準了頭頂的燈。或許是燈光使它感到惱怒,或者只是出於無聊。正如主管 Elfriede Kummer 所言:“奧託一直渴望得到關注,它總是會有新的驚人之舉。有一次,我們看到它在水缸裡戲弄一隻寄居蟹。”

章魚哥開罐

關於章魚惡作劇的趣聞軼事比比皆是。據報道,已經有章魚能夠走出迷宮,擰開藥瓶,甚至分辨不同的人類。解決問題、使用工具、做計劃……這些都是複雜靈活的智力的標誌,我們通常將這些特徵與脊椎動物,尤其是哺乳動物相聯絡。

但這些又溼又軟的章魚,是如何擁有智力的?

智力的第二種起源?

一些學者研究章魚及其聰明的近親——墨魚和魷魚,他們提出了“智力的第二種起源”,而這是一種與哺乳動物大相徑庭的奇特構造。

章魚有一個很大的中央大腦,它的每一條觸手也都有一個獨特的小型“大腦”網路。它們需要協調複雜到令人難以置信的八隻觸手和數百個靈敏的吸盤,更不必說偽裝在珊瑚礁背景中的能力了。

通過改變畫素色塊和紋理,以及腕足的扭曲,這些身體藝術家可以瞬間融入背景,只在威脅對手或吸引配偶時再次出現。

章魚觸手上密佈的吸盤

“它們的行為就像聰明的動物一樣,即使他們是牡蠣的近親,”芝加哥大學的神經學家Clifton Ragsdale說,“我想知道的是,它們是如何以區別於脊椎動物的方式組織較大體積的大腦的。”

那麼,進化是如何產生這種第二種智力,也就是電影製片人 Jacques Cousteau 在上世紀70年代所稱的“軟智力”的?

過去的幾年中,越來越多的學者都被這些神祕的生物吸引。自2015年以來,研究人員們已經獲得了章魚的DNA藍圖、基因組資訊以供仔細研究。這些資料提供了一些引人注目的線索。

大部分腦子長在“腿”裡

大約在4億年前,頭足類生物統治著海洋。這些動物因頭與足直接相連而得名,它們體型巨大,甚至能夠生長到6米。它們以蝦和海星為食,用螺旋型的貝殼在海洋中漂浮並保護自己。

後來,魚類的時代到來了。頭足類不再位於海洋生物鏈的頂端。大多數有螺旋型貝殼的物種都滅絕了,現代鸚鵡螺則作為少數的例外存活至今。

但是,一些頭足類生物擺脫了殼。因此,它們可以不受妨礙地探索與更聰明、靈活的魚類競爭的方法。這些生物進化成為章魚、魷魚和墨魚——也就是我們所知的蛸亞綱。

這些生物進化中的創新令人目眩。它們的足分開,形成了八條高度靈巧的腕足,每條腕足上都有數百個吸盤,這使得它們的腕足就像拇指一樣靈活。

為了說明這種靈敏,Mather 講述了一位同事的故事,他發現他的章魚在手術後自己把縫線拆掉了。因為章魚觸手上靈活的吸盤,在章魚大腦中插入的任何電子探針都會被快速拔出。

但對於捕食者來說,章魚柔軟的肢體是一頓美味的大餐。所以章魚進化出了“能夠思考的面板”,能夠在0.2秒內融入背景。這些快速變色的藝術家不僅用面板內的色素改變自己的顏色,還能夠用光滑的面板紋理和身體與腕足的彎曲來完成它們的表演。當它們靜靜地搖擺自己的兩條腕足時,或許可以偽裝成一棵海草。

擅長偽裝的章魚

章魚需要強大的計算能力來控制腕足、吸盤、面板和雙眼。因此,相對於章魚的體型,它的大腦非常大。章魚的大腦中有5億個神經元,是大鼠大腦中神經元數量的2.5倍。

不同動物神經元數量對比(單位為百萬,從左至右依次為海蛞蝓、大鼠、章魚與人類)

但它們大腦的解剖結構非常特殊。哺乳動物的大腦類似於一箇中央處理器,能夠通過脊髓傳送或接收訊號。

但是對於章魚來說,只有10%的大腦處於高度集中的摺疊狀態,這部分大腦分為30葉,以甜甜圈狀圍繞食管分佈。兩個視神經葉佔30%,剩餘的60%大腦則分佈在腕足中。

以腕足為例。人們認為腕足有自己的“微型大腦”,這不僅僅是因為腕足中存在神經元,還因為腕足有獨立的處理能力。舉例來說,章魚在逃離捕食者時可能會自斷腕足,而離體後最多十分鐘內,這條腕足還能夠繼續蠕動爬行。

不過在2011年,日本沖繩理工學院的 Michael Kuba 及其同事通過實驗證明,章魚腕足的運動並非獨立於中央大腦。更確切地說,似乎是大腦給出了高階命令,八條腕足中的一條則會自主執行任務。

聰明寫到了DNA裡?

在芝加哥,一位章魚神經學家 Cliff Ragsdale 把他的注意力轉向了章魚的DNA。

2015年,通過與日本沖繩理工學院的 Daniel Rokhsar 和 Oleg Simakov 合作,Ragsdale 的實驗室成功地對加亞雙斑章魚進行了基因組測序。

結果表明,章魚有3.3萬個基因,多於人類的2.1萬個。但是基因數量本身與大腦的能力並沒有很大聯絡,因為水蚤也有大約3.1萬個基因。

事實上,章魚的大多數基因與他們的近親帽貝(一種海螺)並沒有很大區別。不同基因中的一組被稱為原鈣粘蛋白。

這組蛋白參與了大腦環路的構建,它們允許正確的神經元相互連線。帽貝和牡蠣有17至25種原鈣粘蛋白,脊椎動物有70種原鈣粘蛋白,以及至少一百種相關的鈣粘蛋白。這些參與迴路建造的蛋白一直被認為是脊椎動物聰明的關鍵。

令人震驚的是,章魚的體內含有168種原鈣粘蛋白。

章魚基因組中另一個引人注目的地方在於一組名為“鋅指”的基因。這組基因編碼的蛋白質可以以調節基因的轉錄。

帽貝有約413種鋅指,人類有764種,而章魚有1790種!或許章魚體內豐富的鋅指參與了調節大腦基因網路的工作?

現在,世界各地的團隊都在進行類似的研究。章魚軟智力的神祕面紗可能很快就會被硬科學揭開。

小飛象章魚

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