章鱼有9个大脑能编辑基因，智商高到无法理解，为何没发展出文明

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· 2021-06-27

来源：科学杂志

按照进化论的观点，生物演化出脊椎，是发展出更高智商的敲门砖。因为脊椎让生物体内的神经高度集中，反应速度明显加快，并且还有利于大脑向更加高级的结构演化。事实也确实如此，如果盘点世界上最聪明的动物，其中绝大多数都是脊椎动物。比如人类、黑猩猩、大象、海豚、乌鸦等等。

Tips：章鱼科的种类共有26属252余种海洋软体动物，它们的大小相差极大。普通章鱼的体型中等，广泛分布於世界各地热带及温带海域，栖于多岩石海底的洞穴或缝隙中，喜隐匿不出。

但凡事都有例外，章鱼也是地球上少有的高智商生物，然而它却是一个神经分布松散的软体动物。这让生物学家感到不可思议，为什么章鱼如此特殊，它的高智商究竟从何而来？未来有没有可能发展出文明呢？

章鱼到底有多聪明？

如果单从神经元数量的角度来看，章鱼的智商不应该有多高，它全身的神经元数量大概只有5亿个，是白鼠的2.5倍，但数量却没有猫多，更赶不上神经元比较发达的灵长类动物。

不过神经元数量也不是决定智商的关键因素，比如大象的神经元数量是人的3倍，结果还是变成了人类的玩物。章鱼的厉害之处在于，依靠这么少的神经元，居然有着不输于猴子的智商。

Tips：神经元是神经系统最基本的结构和功能单位，分为细胞体和突起两部分。细胞体具有联络和整合输入信息并传出信息的作用。突起是接受其他神经元轴突传来的冲动并传给细胞体。

在大自然中，章鱼是优秀的伪装高手，这不仅仅局限于它皮肤细胞的变色能力，它还是海洋中少数会使用工具的软体动物。比如有些章鱼可以把贝壳拿起来当做盾牌使用，甚至有的学会了把两瓣椰壳合起来藏匿其中。

而在人工饲养下的章鱼表现出了更加惊人的能力。它们可以快速掌握迷宫的出口位置，也可以拧开瓶盖吃到里面的食物。让人感到意外的是，章鱼的学习能力非常强。如果把一只新的章鱼放进来，只是观察老手章鱼的行为，新章鱼也会立刻领悟到拧瓶盖的诀窍。

Tips：灵长目Primates，是哺乳纲的1个目，共2亚目16科约78属514余种。灵长类动物是我们星球上最具智慧的一类物种,甚至我们人类自身都起源于这一群体。

对比之下，峨眉山那帮抢了游客水瓶却不知道怎么打开的猴子，简直是丢了灵长类动物的脸。而且更有趣的是，章鱼也能像我们人一样闹情绪。

在2008年的德国科堡市海洋之星水族馆出了一件怪事，工作人员早上上班的时候，接连两天发现水族馆短路停电。为了查明事故原因，它们轮流守夜，结果发现罪魁祸首是一只六个月大的章鱼。它似乎非常讨厌水族馆内的灯光，所以趁夜深人静的时候，它会爬出水族馆，对着头顶的灯喷水。

Tips：水族馆public aquarium，是水生生物饲养展示和科普教育的场所，同时也是水生生物资源保护和科学研究的场所。

关于章鱼聪明才智的报道比比皆是，它们可以使用工具，发泄情绪，把其他小动物当成玩具一样玩耍，甚至还可以分辨不同的人类。这些都是高等智慧生物才有的特征，章鱼究竟是怎么做到的呢？

章鱼有9个大脑

无脊椎动物有一个共同的特点，就是神经元分散在身体的各处，没有高度集中。比如说很多昆虫，就算去掉了头，身体也能活动一段时间，这就是神经元不集中的表现。一般情况下，不集中的神经元可以帮助无脊椎动物建立条件反射，更快躲避危险。

比如说苍蝇，它们脚上的纤毛一旦感受到气流变化，腿就会自己起跳，接着中枢神经才会反应过来开始飞行。不过这对高等智慧的发展却是有害的，因为身体没法统一调配，就很难发展出复杂的大脑。但章鱼却反其道而行之，硬是演化出了一种“各行其道”的神经调配方式。

Tips：无脊椎动物Invertebrate，是背侧没有脊柱的动物，它们是动物的原始形式。其种类数占动物总种类数的95%。分布于世界各地，现存约100余万种。

简单来说，章鱼有九个大脑，可以简单地理解成中央大脑和八个分次级大脑。其中中央大脑最发达，大约由2亿个神经元组成，而其他分散在8个触手中的大脑分摊了剩下的3亿神经元。这让章鱼控制自己的运动和我们完全不同。

比如说我们想要动动手指，命令直接由大脑发出，并且在小脑的配合下，完成了整个动作。但是章鱼想要动动腕足就不同了，首先中央大脑发出指令，之后传给次级大脑，由它们自己决定到底该怎么动，以及动几根腕足。这样做到底有什么好处？其实只要看看章鱼复杂灵活的动作就能找到答案。

Tips：章鱼的主脑位于章鱼的头部，是最重要的大脑，它们跟一个记忆系统相连，主要用来思考和记忆。另外8个副脑则位于它的8条触手上，跟另一个记忆系统相联系，不能进行思考。

一只章鱼需要控制八条腕足活动，还有上面数百个微小的吸盘，以及皮肤的颜色好伪装自己。如此复杂的身体如果要让有脊椎动物操控，你可能就没有空闲去想别的问题了。脊椎动物为了灵活控制四肢活动，最终演化出了专管运动的小脑，好让大脑可以腾出空来思考其他的问题。

比如说，我们在走路的时候，并不会刻意去想接下来该迈哪条腿，这些动作指令都被小脑接管，好让我们在走路时还有闲工夫胡思乱想。但是如果要完成复杂，并且不太熟悉的动作时，大脑就要集中注意力来控制身体的运动了。所以想象一下，如果人类长了八条比手还灵活的腕足，那简直就是一场灾难，可能仅仅是游动一下，就要费尽心思，哪还有空思考诗歌和宇宙呢。

Tips：人脑由大脑、小脑、间脑、脑干组成。大脑是中枢神经系统的最高级部分，也是脑的主要部分。小脑是运动的重要调节中枢。

既然控制这些腕足活动费神费力，那么不如像小脑一样，把这些动作外包出去，让次级大脑自己决定，这样中央大脑就可以把注意力集中在思考和决策上。这对一种神经元数量很少的动物来说非常重要。

就像如今为了解决电脑算力的问题，因为图形处理非常麻烦，所以直接让显卡自己解决，CPU去完成更复杂的任务一样。章鱼用这套神经系统，让2亿神经元空出来专心思考，结果成为了软体动物中智商最高的物种。

Tips：中央处理器，简称CPU,作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。

不仅如此，章鱼也充分利用了神经连接的回路，甚至比我们人类的大脑还要复杂。

比人类还复杂的神经回路

我们知道，智慧的产生是大脑神经元之间相互连接的结果，一个生物神经元之间的连接越多越复杂，它就越聪明。不过，神经元之间并不是随便分出突触想连就连的。大脑中不同脑区之间分工不同，所以连接就有紧密疏远的区别，而控制神经元之间正确连接的，是原钙粘蛋白。

Tips：原钙粘蛋白Protocadherin，是一种具有新特性的钙粘蛋白，是钙粘蛋白超家族中一个最大的亚家族，原钙粘蛋白对神经元突触的发育有直接的影响。

这种蛋白质复杂多样，比如人脑中有53种原钙粘蛋白。每一个神经细胞，依据不同的功能，神经元表面会有其中十多种原钙粘蛋白，只有当两个神经元之间有相同的原钙粘蛋白时，它们之间才有可能生长出突触相互连接。在这样的机理下，大脑才形成了复杂有序的结构。

然而让人意外的是，章鱼的原钙粘蛋白居然有168种，这个现象非常不同寻常。要知道，章鱼的近亲，帽贝只有17到25种。这说明章鱼在演化的过程中，智力发育的变化曾经占主导地位，这才造就了章鱼超凡于同类的智慧。

Tips：帽贝是腹足纲软体无脊椎动物。它柔软的身体分为头部、腹部和足部。大多数帽贝体型较小，最大的帽贝达10厘米宽。它的壳不是螺旋形的，而是扁平的圆锥形，非常坚硬。

而且和人类一样，章鱼也可以自行编辑部分基因，来调控自己的神经细胞。

章鱼可以“编辑”基因

基因在指导生命活动时一般会遵循“中心法则”。DNA就像一栋大厦的设计蓝图，它会通过解链转录的方式，在生物酶的配合下，把自己记录的遗传信息转录给mRNA。再由mRNA依照图纸“组装”出蛋白质，生成整栋大厦的一个零件，完成整个搭建过程。

不过有时候，mRNA并不会忠实得按照设计图纸生成蛋白质，它们会在有些酶的配合下，改变一两个碱基顺序，制造出和图纸不符的蛋白质。这种现象在自然界很常见，因为根据环境的变化，生物体内酶的含量有所不同，这样细胞的生产生活就可以按照环境变化来生产蛋白质。不过，把这种机理用在神经细胞上的，目前可知的只有人类和章鱼。

Tips：基因编辑gene editing，又称基因组编辑或基因组工程，是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。

在人体中，有一种称作ADAR2的酶，可以改变mRNA的基因序列，控制神经细胞上钙离子通道的多少。钙离子对神经发育非常重要，比如前面提到的原钙粘蛋白就需要有钙离子才能合成。不过神经元中的钙离子含量也不能太多，否则会让神经细胞衰变坏死。所以ADAR2对我们来说非常重要。如果一个人身体中缺乏这种酶，神经就会大量凋亡，出现神经退行性病变，比如渐冻症就是其中一例。

Tips：渐冻症一般指肌萎缩侧索硬化ALS。它是上运动神经元和下运动神经元损伤之后，导致包括球部、四肢、躯干、胸部腹部的肌肉逐渐无力和萎缩。

而章鱼的mRNA的编辑能力远超我们的想象。它可以根据环境温度的变化，改变神经元中钾离子通道的多少。这样做是为了提高在寒冷地区神经之间传递信号的速度。斯坦福大学的Josh Rosenthal经过研究发现，章鱼的mRNA编辑能力并不局限于离子通道，它的大部分大脑蛋白基因的序列都会被编辑，其中有很多是用来控制神经元突触间隙的蛋白。这或许才是章鱼如此聪明的关键，但可惜的是，现在这套推论只是一个假象。想要完全搞明白章鱼基因编辑的奥秘，科学家显然还需要更多的时间。

Tips：钾离子通道，就是指通透特异性允许钾离子通过质膜，而阻碍其他离子特别是钠离子通透的通道。离子通道ion channels of biomembrane，是各种无机离子跨膜被动运输的通路。

到此，我们大致梳理出了章鱼聪明的原因。它有非常特殊的神经调配方式，分出了9个大脑各司其职，好让中央大脑专门决策。它还有比人类还要复杂的脑回路连接方式，神经元也可以根据环境变化做出调整，编辑mRNA。这不禁让人感到害怕。

章鱼已经在地球上演化了5亿年，为什么还没有变成高等智慧生物？以后有没有可能超越人类呢？

为何章鱼没发展出文明？

尽管章鱼足够聪明，但它们还是比不上最接近人类的黑猩猩。这里面的一个关键点是，黑猩猩是社会性动物，每个个体的知识都有传承下来的可能。

Tips：社会性是社会性动物的意识表现，它使社会内部个体的生存能力远超过脱离社会的个体的生存能力。社会性主要包括这样一些特性，如利他性、协作性、依赖性、以及更加高级的自觉性等。

比如说幼年的黑猩猩，可以通过观察成年黑猩猩的行为学会用木棍吃蚂蚁，以及拿石头砸坚果等等技能。但章鱼并不是社会性动物，它们从幼年开始就是独立生活，所有本领都是自己一个人摸索出来的。如果知识没有办法传承，再聪明的生物也不可能发展出高度复杂的文明。

其中还有一个典型的例子就是乌鸦。现在发现，有少部分乌鸦学会了在水面上放面包屑捕鱼的技能。而这个技能，正在被更多的乌鸦学会，因为它们喜欢群居，也善于观察和学习。

Tips：狭义的学习是指是指通过阅读、听讲、思考、研究、实践等途径获得知识和技能的过程。广义的学习是人在生活过程中，通过获得经验而产生的行为或行为潜能的相对持久的方式。

不过，限制章鱼发展智慧最多的，还是身为软体动物的悲哀。尽管它用一系列方法，把神经元的利用效率发挥到了极致，但它的脑神经只有5亿个，而人类有120到140亿个神经元，差了2个数量级。章鱼若想变成高等智慧生物，依旧要有一个足够大的大脑才行。

但是，它的演化之路似乎进到了一个死胡同里。因为海洋中的氧气含量严格限制了章鱼神经元的数量。陆生生物有一个先天优势，就是用肺呼吸可以获得更多的氧气。比如人在静坐的时候，每分钟的耗氧量大概在250ml，大脑消耗掉了其中的25%，是所有器官中耗氧量最大的。平均每天，人的大脑要消耗掉900克的氧气，才能正常活动。

Tips：在基尔海洋学家桑克·施密特科的《热带海洋中的气候生物地球化学相互作用》的论文中证明，过去50年来，全球海水氧气水平下降了2%以上。

但是海水含氧量很低，每升水中大概只有4到8毫升的氧气。如果章鱼有了人的大脑，那么它每分钟起码要用腮过滤68升的海水，才足够支撑起一个超凡的大脑。从体型上来看，这显然是不可能的。而且章鱼脆弱的身体只适合在海洋中生存，演化成陆生同样艰难。所以在未来，章鱼应该还是和现在一样，很难再变得更加聪明了。