章魚隱藏的性染色體秘密：比恐龍還古老

美國奧勒岡大學（University of Oregon）的最新研究揭曉，章魚一直使用著一種存在了4億8000萬年的染色體，這也正是決定它們性別的關鍵。

奧勒岡大學的研究人員在加州雙斑章魚身上鑑定出了一條性染色體。這條染色體很可能已經存在了4億8000萬年，早於章魚和鸚鵡螺在進化上的分化，使其成為已知最古老的動物性染色體之一。

這項發現也證明瞭章魚和其他頭足類動物（包括魷魚和鸚鵡螺在內的一類海洋動物）是透過染色體來決定性別的，解開了生物學家長期以來的一個謎團。

奧勒岡大學生物學家安德魯・克恩（Andrew Kern）實驗室的博士生加比・科芬（Gabby Coffing）表示：「頭足類動物本身就是非常有趣的生物，我們對它們仍有許多未知，尤其是在神經科學方面。這項發現又為它們增添了一個有趣之處：它們擁有非常古老的性染色體。」

科芬、克恩及其團隊於2月3日在《當代生物學》（Current Biology）期刊上發表了這一研究成果。

克恩指出，在人類和大多數哺乳動物中，性別很大程度上由染色體決定，但動物性別決定方式存在巨大差異，所以科學家不能想當然地認為章魚也是如此。

例如，烏龜的性別由卵的孵化溫度決定；一些魚類由基因而非整條染色體來決定性別。即便在人類中，X/Y性染色體系統也不像紙面上那麼清晰，基因突變或遺傳額外的性染色體可能導致個體的發育不符合簡單的男女二元模式。

此外，由於頭足類動物不像小鼠或果蠅那樣是標準的實驗室動物，對它們的基因探索相對較少。科學家雖已對少數章魚物種的基因組進行了測序，但無法像在小鼠甚至人類身上那樣，將基因與特定特徵聯絡起來。

近期，奧勒岡大學的研究人員對一隻雌性加州雙斑章魚的DNA進行了測序，有了意外發現：一條遺傳物質只有正常一半的染色體。它看起來與其他染色體不同，且在之前測序的雄性章魚中未曾發現。

科芬說：「這條特定染色體的測序資料只有一半，這表明它只有一份複製。隨著我們進一步探究，得出的結論是我們偶然發現了一條性染色體。」

為了確認這一發現，研究人員梳理了其他研究人員先前收集的章魚基因組資料。這些資料並非都明確標明來自雄性還是雌性章魚。

但他們在另一種章魚中又發現了這條半長的染色體，在魷魚中也找到了它的蹤跡，魷魚在2億4800萬至4億5500萬年前與章魚在進化上分化。經過更深入的挖掘，他們還在鸚鵡螺中找到了這條染色體的證據，鸚鵡螺大約在4億8000萬年前與章魚分道揚鑣。

這些物種都擁有這條獨特的染色體，這表明它以某種形式存在了很長時間。科芬表示：「這表明它們的共同祖先就有類似的性別決定系統。」

克恩指出，性染色體通常會經歷快速的進化變化，因為它們直接影響繁殖能力，會受到很大的選擇壓力。但頭足類動物似乎找到了合適的方式並一直沿用。

此前，在苔蘚和地錢等植物類群中也發現過古老的性染色體，它們是最早進化的植物之一。昆蟲的性染色體可能有4億5000萬年的歷史，但隨著時間的推移也發生了很大變化。

克恩和他的同事最初認為章魚可能有類似鳥類和蝴蝶的性別決定系統，即雄性為ZZ，雌性為ZW。（生物學家為避免與雌性有兩條相同染色體的XX/XY系統混淆，給雄性有兩條相同性染色體的性別決定系統使用了不同的字母。）

但該團隊尚未在章魚中找到W染色體。另一種可能是，章魚的性別決定系統只涉及Z染色體 —— 雄性有一對，雌性只有一條。科芬表示，這還有待確定，目前章魚仍保留著一些自己的秘密。

該研究由美國國家衛生研究院（National Institutes of Health）和美國國家科學基金會資助。研究論文標題為「Cephalopod sex determination and its ancient evolutionary origin」，發表於2025年2月3日的《當代生物學》期刊，DOI: 10.1016/j.cub.2025.01.005。