章鱼和其他无壳头足类动物通常在不改变DNA的情况下编辑它们的RNA。科学家们还不知道为什么。但这些变化可以解释无壳头足类动物的智力和灵活性。
章鱼就像生活在我们中间的外星人——它们做很多事情与陆地动物甚至其他海洋生物不同。它们灵活的触手可以感触它们所触摸的东西，而且并有自己的思想。章鱼的眼睛是色盲，但它们的皮肤可以自行感知光线。他们是伪装大师，改变颜色和皮肤纹理以融入周围环境或吓跑竞争对手。与大多数生物相比，章鱼在遗传指令上喷出相当于红色墨水的分子等价物。这些效果的实现可以说只有拥有超级生物编辑器才能实现。
这些“编辑”修改了RNA，RNA是用于翻译存储在DNA中的遗传蓝图信息的分子，同时保持DNA不变。
科学家们还不确定为什么章鱼和其他无壳头足类动物，包括鱿鱼和墨鱼，会如此多产完成自我编辑。研究人员正在争论这种形式的基因编辑是否给了头足类动物一条进化腿（或触手），或者编辑是否只是一个有时有用的巧合。科学家们也在探索RNA改变在各种条件下可能产生的后果。一些证据表明，生物编辑可能会给头足类动物带来一些智慧，但代价可能是阻碍其DNA的进化。
头足类动物如何修饰它们的RNA
分子生物学的核心教条认为，构建生物体的指令包含在DNA中。细胞将这些指令复制到信使RNA或mRNA中。然后，称为核糖体的细胞机器通过将氨基酸串在一起来读取mRNA以构建蛋白质。大多数情况下，蛋白质的组成符合蛋白质氨基酸序列的DNA模板。但是RNA编辑会导致与DNA指令的分歧，产生一些具有与DNA指定的氨基酸不同的蛋白质。
编辑以化学方式修饰RNA的四个构建块或碱基之一。这些碱基通常用其名称的第一个字母来指代：A，C，G和U，代表腺嘌呤，胞嘧啶，鸟嘌呤和尿嘧啶（RNA的DNA碱基胸腺嘧啶版本）。在RNA分子中，碱基与糖相连;例如，腺嘌呤-糖单位被称为腺苷。
有很多方法可以编辑RNA字母。头足类动物擅长一种称为腺苷到肌苷或 A-to-I 编辑的编辑类型。当一种叫做ADAR2的酶从腺苷（A）上剥离一个氮原子和两个氢原子时，就会发生这种情况。该化学剥离将腺苷转化为肌苷（I）。
核糖体将肌苷读作鸟嘌呤而不是腺嘌呤。有时，这种开关对所得蛋白质的氨基酸链没有影响。但在某些情况下，具有A应该为G会导致不同的氨基酸入蛋白质中。这种改变蛋白质的RNA编辑称为RNA重编码。
软体头足类动物已经用它们的所有手臂接受了RNA重新编码，而即使是密切相关的物种也更倾向于接受重写。“其他软体动物似乎不会这样做”到同样的程度。
RNA编辑不仅限于深海生物。几乎每个多细胞生物都有一种或多种称为ADAR酶的RNA编辑酶，是“作用于RNA的腺苷脱氨酶”的缩写。
头足类动物有两种ADAR酶。人类也有它们的版本。在我们的大脑中，我们编辑了大量的RNA。在过去的十年中，科学家们在人类RNA中发现了数百万个进行编辑的位置。
但这些编辑很少改变蛋白质中的氨基酸。例如，特拉维夫大学的Eli Eisenberg及其同事在人类RNA中发现了超过460万个编辑位点。其中，只有1，517种重新编码蛋白质。在这些重新编码位点中，多达835个与其他哺乳动物共享，这表明进化力量保留了这些位置的编辑。
头足类动物将RNA编码提升到一个全新的水平。研究人员检查了多种章鱼，鱿鱼和墨鱼，每次都发现了数万个重新编码位点。
软体或鞘状头足类动物可能比其他动物有更多的编辑机会，因为至少一种ADAR酶ADAR2位于细胞中。大多数动物在细胞核（DNA储存并复制到RNA中的隔间）中编辑RNA，然后再发送信息与核糖体相遇。但是头足类动物在细胞质中也有酶，细胞的果冻状肠道。
在两个地区进行编辑酶并不能完全解释为什么头足类动物的RNA编码到目前为止超过了人类和其他动物。它也没有解释科学家发现的编辑模式。
RNA编辑可能赋予头足类动物灵活性
编辑不是一个全有或全无的主张。很少编辑细胞中RNA的所有拷贝。更常见的是，一定比例的RNA被编辑，而其余的RNA保留其原始信息。编辑的百分比或频率可以从RNA到RNA或细胞或组织之间变化很大，并且可能取决于水温或其他条件。在长鳍鱿鱼中，大多数RNA编辑位点被编辑的时间为2%或更少。
在头足类动物身体的大部分部位，RNA编辑通常不会影响蛋白质的组成。但在神经系统中，情况就不同了。在长鳍鱿鱼的神经系统中，70%的蛋白质生产RNA编辑重新编码蛋白质。加利福尼亚双斑章鱼（Octopus bimaculoides）神经系统中的RNA被重新编码的频率是其他器官或组织的三到六倍。
一些mRNA具有多个编辑位点，这些位点会改变mRNA编码的蛋白质中的氨基酸。例如，在长鳍鱿鱼的神经系统中，27%的mRNA具有三个或更多编码位点。有些包含10个或更多这样的网站。这些编辑位点的组合可能导致细胞中产生多个版本的蛋白质。
拥有广泛的蛋白质选择可能会使头足类动物在对环境做出反应方面具有更大的灵活性。一些研究人员认为，在神经系统中，RNA编辑可能有助于思维的灵活性，这可能有助于解释为什么章鱼可以解锁笼子或使用工具。生物编辑可能是在神经系统中创建一个或多个蛋白质版本以及在身体其他部位创建不同版本的蛋白质的简单方法。
当人类和其他脊椎动物具有不同版本的蛋白质时，它通常来自一个基因的多个拷贝。将基因的拷贝增加一倍，三倍或四倍导致整个“遗传游乐场”，允许基因脱落并执行不同的功能。但头足类动物往往不会复制基因。
在鱿鱼中，用于构建α-光谱蛋白的mRNA具有242个编码位点。理论上，编辑和未编辑站点的所有组合都可以创建多达 7 x 1072R，研究人员写道，“足以说明它使自古以来生活在我们星球上的所有鱿鱼的所有细胞中合成的所有α-光谱分子（或者就此而言，所有蛋白质分子）的数量相形见绌。”
只有当每个站点都是独立的时，这种令人难以置信的复杂性才有可能。水温触发鱿鱼重新编码称为驱动蛋白的运动蛋白，在细胞内移动。
在长鳍鱿鱼中，产生驱动蛋白-1的mRNA有14个重新编码位点。长鳍鱿鱼视叶（大脑中处理视觉信息的部分）和星状神经节的mRNA，星状神经节是参与产生肌肉收缩的神经集合，产生水射流来推动鱿鱼。
每个组织都制造了几种版本的蛋白质。轭编辑可能会阻止鱿鱼和其他头足类动物达到理论上能够达到的复杂性顶峰。尽管如此，RNA编辑为头足类动物提供了一种尝试多种蛋白质版本的方法，而不会被锁定在DNA的永久性变化中。
RNA编辑有进化价值吗？
也许RNA编辑提供了一些进化优势。研究人员将生物编辑不会改变氨基酸的“同义”位点与发生重新编码的“非同义”位点进行了比较。由于同义编辑不会改变氨基酸，研究人员认为这些编辑在进化方面是中性的。在人类中，重新编码或非同义编辑发生在比同义编辑更少的位点，并且被编辑的RNA分子的百分比低于同义位点。
如果我们假设同义编辑就像细胞中发生的噪音一样，而非同义编辑的频率较低，并且[在]较低水平，这表明非同义编辑实际上是有害的。尽管头足类动物的重新编码比人类更频繁地发生，但在大多数情况下，重新编码对头足类动物来说并不有利或适应性。
研究人员发现，有一些共享的站点，章鱼，鱿鱼和墨鱼都重新编码它们的RNA，这表明重新编码在这些情况下是有用的。但这只是生物编辑的一小部分。在一种头足类动物中生物编辑的其他一些站点，而不是特定站点，表明生物编辑也是有适应性的。
如果它不是那么有用，为什么头足类动物坚持RNA编码数亿年？RNA编辑可能会持续存在，不是因为它具有适应性，而是因为它令生物上瘾。
研究人员提出了一个允许伤害的模型（即允许DNA发生有害变化的情况）。想象一下生物体DNA中的G（鸟嘌呤）突变为A（腺嘌呤）的情况。如果这种突变导致蛋白质中有害的氨基酸变化，自然选择应该淘汰携带该突变的个体。但是，如果偶然地，生物体进行了RNA编辑，那么DNA中的错误可能会通过编辑RNA来纠正，基本上将A改回G。如果蛋白质对生命至关重要，那么RNA必须进行高水平的编辑，以便几乎每个拷贝都被校正。
当这种情况发生时，该编辑被锁定在系统中。现在生物体依赖于RNA编辑机制。它不能丢失，因为生物需要将A编辑回G才能生存，所以编辑将保持在高水平......一开始生物真的不需要它，但当生物实现它之后，就会上瘾。
这种生物编辑是中立的，而不是适应性的。但其他研究表明，RNA编辑可以是适应性的。
RNA编辑可以作为一个过渡阶段，让生物体尝试从腺嘌呤到鸟嘌呤的转换，而不会对其DNA进行永久性改变。研究人员表示，在进化过程中，一种头足类动物物种中腺嘌呤在 RNA 中重新编码的位点比未经编辑的腺嘌呤更有可能在一个或多个相关物种的 DNA 中被鸟嘌呤取代。对于经过大量编辑的位点，头足类动物的进化似乎有利于DNA从A到G的过渡（而不是胞嘧啶或胸腺嘧啶，另外两个DNA构建块）。这有利于编辑可以自适应的想法。
有很多悬而未决的问题
支持和反对RNA重新编码进化价值的证据主要来自检查各种头足类物种的总基因组成或基因组。但科学家们想直接测试重新编码的RNA是否对头足类动物生物学有影响。这样做需要一些新的工具和创造性思维。
研究人员测试了鱿鱼运动蛋白的合成版本，发现鱿鱼在寒冷中产生的两个生物编辑版本比未编辑的蛋白质移动得更慢，但沿着称为微管的蛋白质轨迹传播得更远。但这是在显微镜载玻片上的人工实验室条件下实现的。为了了解细胞中发生了什么，研究人员希望能够在实验室培养皿中培养鱿鱼细胞，以观察随着时间推移生物编辑的走向。
研究人员正在通过让酵母迷上RNA编辑来测试模拟伤害假设。贝克酵母（酿酒酵母）没有ADAR酶。但研究设计了一种酵母菌株来携带人类版本的酶。ADAR酶使酵母生病并缓慢生长。为了加快实验速度，研究人员使用的菌株具有高于正常的突变率，并且可能会建立G到A突变。但是，如果RNA编辑可以纠正这些突变，那么携带ADAR的酵母可能会比没有这种酶的酵母生长得更好。经过几代生物更迭，研究人员预测酵母可能会沉迷于生物编辑。
研究人员已经开发出使用基因编辑器CRISPR / Cas9改变鱿鱼基因的方法。通过使用CRISPR / Cas9敲除或禁用产生色素的基因来创造一种白化鱿鱼。研究人员可能能够改变DNA或RNA中的编辑位点并测试它们的功能。
但这门科学仍处于早期阶段，研究结果可能会引向意想不到的地方。尽管如此，凭借头足类动物的熟练生物编辑，它注定是一项改变人类进化进程的科学。
