雌性章魚在產卵後，行為會變得古怪、瘋狂，會開始自毀行為。它們也會最終因此死亡，壽命只有1年左右，一生只會交配一次。而在這類生物中，看似宿命的循環中隱含著深刻的生物學機制。研究人員發現，如果這個過程出現在人體內，人或許也難逃一劫。
加州雙斑蛸（圖片來源：Tom Kleindinst/Marine Biological Laboratory）
編譯 不周
編輯 clefable
章魚，也叫八爪魚，一直是科學領域的「網紅」，它們既是高智商的問題解決者，也是狡猾的逃跑藝術家。同時它們還身懷瞬間「變身」（改變皮膚顏色、紋理和形狀）、斷肢再生等神奇能力。因此，無論大眾還是科研人員，都深深地為其著迷。
未交配的成年雌性章魚非常活潑，是海洋中敏捷的捕食者，總是會離開巢穴去捕食。然而，它們這樣聰明，卻不像絕大多數頭部較大的動物一樣長壽，反而壽命很短。章魚是單次繁殖（動物在死亡前只有一次生殖過程的生殖策略）動物，雌性章魚總會在產卵後出現自毀行為，導致自身死亡，終年 1 歲左右。而雄性章魚通常會被雌性殺死，或在幾個月後死去。
像所有新手父母一樣，雌性章魚在產卵後會無微不至地照顧自己的寶寶。它會一直守護在洞穴里，抵禦捕食者，並不斷向章魚寶寶們吹氣，以保證供氧。」但此後，它的行為會變得異常古怪：停止進食並開始自殘，撕下自己觸腕上的表皮，甚至吃掉自己的觸腕。這些舉動會造成它們生理機能消退，最後導致死亡。這種現象也是的雌性章魚很少能活到寶寶從卵中孵化之時的原因。
關鍵的改變
1977 年，有研究發現，這種現象的起因是它們體內的視腺（optic gland）。在章魚大腦視葉附近存在 2 個視腺，類似人類等其他脊椎動物的腦垂體。若切除視腺，這些雌性章魚會放棄撫育章魚寶寶，恢復進食，其壽命也會延長數月左右，有些甚至會再次交配。但視腺究竟如何引發章魚這樣可怕的行為方式？這仍是個未解之謎。
2018 年，美國芝加哥大學的研究團隊利用基因測序技術，對兩隻處於不同衰退階段的雌性章魚的視腺進行了 RNA 測序。結果顯示，在交配前，章魚的視腺會表達高水平的神經肽，這種分子會促進它們尋覓食物。但在交配後，視腺表達的神經肽量會降低，而兒茶酚胺、類固醇等的合成會明顯增加，其體內的性激素、胰島素及膽固醇代謝會受到這些分子的調控。
加州雙斑蛸（圖片來源：維基百科）
近日，在一項發表於《當代生物學》（Current Biology）的研究中，他們和其他研究人員一起利用質譜技術，檢測了加州雙斑蛸（Octopus bimaculoides）在交配後體內一系列生化途徑的變化，而這些變化可能正是導致它們自我毀滅的原因。在章魚交配後，其體內的一條生化途徑會發生變化，提高章魚體內 7-脫氫膽固醇（7-DHC）的水平。
7-DHC，是合成膽固醇的前體物質。「我們知道，從飲食角度來看，膽固醇無疑是非常重要的（膽固醇主要有兩個獲取途徑：食物攝取和體內合成），而它在身體不同的信號系統中也至關重要。」這項研究的主要作者、華盛頓大學（University of Washington）心理學與生物學助理教授 Z.Yan Wang 提到，「從細胞膜的流動性到壓力激素的產生，膽固醇均參與其中。但當我們發現它在章魚的生命周期過程中也發揮重要作用，真是令人驚訝。」
多種改變帶來致命一擊
研究人員分別檢測了已交配與未交配的雌性加州雙斑蛸的視腺，發現了在生殖後，加州雙斑蛸體內有 3 條生化途徑會導致它們體內的類固醇激素水平提高。第一條途徑是孕激素的產生，它在動物生殖後的哺育階段起關鍵作用。另外兩條途徑分別會產生 7-DHC 和膽汁酸中間體，而在過去，研究人員並未發現這兩種物質也與動物的單次繁殖行為相關。
在產卵後，雌性加州雙斑蛸體內會出現更多的7-DHC、孕烷類固醇和雌性膽甾醇等物質。圖片來源於論文
「令人震驚的是，雌性章魚在死亡前，它經歷的這一系列變化可能已經導致它瘋狂了。」芝加哥大學（University of Chicago）的神經生物學教授、文章的合著者Clifton Ragsdale表示，「也許是經過兩個，或是三四個變化的共同影響後，章魚才出現了精神失控。目前，我們至少發現存在 3 個明顯相互獨立的類固醇激素生化途徑，可以解釋這些動物表現出的多種行為。」
其中一些生成膽固醇的生化途徑，也存在於哺乳動物和齧齒動物體內。實際上，而在人類體內，高於正常水平的 7-DHC 也是有毒的，這是一種遺傳性疾病——史-萊-奧綜合徵（Smith-Lemli-Opitz syndrome，SLOS）的病理標誌物。這種病的常見表現為生長發育遲緩、智力障礙、小頭、並指等。如果兒童體內 7-DHC 轉化為膽固醇的酶發生突變，導致 7-DHC 的水平紊亂，這很可能導致他們出現自殘行為。
美國伍茲霍爾海洋生物實驗室（Marine Biological Laboratory, Woods Hole, Massachusetts）的資深科學家羅傑·T·漢隆（Roger T. Hanlon）認為，「這是一項兼具優雅與原創性的工作，解決了存在已久的、在多種章魚中都存在的繁殖與程序化死亡的謎題。」
「這項研究的重要之處在於，讓我們認識到，人類和章魚體內高水平的 7-DHC 都與致死性和中毒相關，」Z.Yan Wang 說，「於我而言，這真的很有趣，因為這兩種動物在進化上是那麼不同。」Z.Yan Wang 還表示：「這些發現表明，膽固醇代謝和神經退行性疾病、壽命之間存在關聯，」這使人們能深入理解無脊椎動物體內膽固醇的生化途徑。」在未來，她和同事可能會進一步研究還有哪些分子會導致章魚的程序化死亡。
論文信息：
Steroid hormones of the octopus self-destruct system. Z. Yan Wang, Melissa R. Pergande, Clifton W. Ragsdale, Stephanie M. Cologna. Current Biology. May 12, 2022. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.043
原文連結：
https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-figure-out-why-female-octopuses-self-destruct-after-laying-eggs-180980088/
https://uchicagomedicine.org/forefront/biological-sciences-articles/the-grim-final-days-of-a-mother-octopus
https://www.newscientist.com/article/2320207-a-steroid-might-be-why-octopuses-starve-themselves-after-mating/
https://www.sciencealert.com/scientists-close-in-on-why-octopuses-tragically-destroy-themselves-after-mating
註：本文僅作為學術分享，如有侵權，請聯繫本公眾號，我們會及時修改與刪除，謝謝。
計算模擬，專業更專注；
真誠服務，科學更嚴謹。
中科科翼，讓科研更容易。
項目代算部分服務內容
1.量子化學從頭計算
簡介：
量子化學從頭計算可以提供化合物電子結構信息，分析反應路徑，預測化合物光譜和各種性質，量子化學從頭計算軟體可在不同型號的大型計算機，超級計算機，工作站和個人計算機上運行。與分子顯示軟體連用可以提供精美的分子結構和分子軌道圖片。
主要功能：
化合物穩態結構的確定，如中性分子、自由基、陰、陽離子等；熱力學分析，如熵變、焓變、吉布斯自由能變、鍵能分析及原子化能等；計算化學反應過程，如穩態及過渡態結構確定、反應熱、反應能壘、反應機理及反應動力學等；計算並分析分子軌道；計算原子電荷、電勢、偶極矩；振動頻率分析及計算各大光譜，如IR, Raman, NMR, UV/Vis, VCD, ROA, ECD, ORD, XPS, EPR, Franck-Condon及超精細光譜等；計算極化率和超極化率；計算激發態結構及相關性質，如激發態結構確定、激發能、躍遷偶極矩、螢光光譜、磷光光譜、勢能面交叉研究等；計算周期體系的能量，結構和分子軌道；計算分子間相互作用，如氫鍵及范德華作用。
2.材料化學模擬
簡介：
針對材料科學領域研究者的科研需求，可以開展材料的電子結構計算、第一性原理計算、分子動力學模擬、建立分子的三維模型。以可視化方式對各種晶體、無定型以及高分子材料的性質及相關過程進行深入的研究。
主要功能：
搭建各種高分子、無定型聚合物、晶體以及界面模型，對小分子、高分子、晶體以及無定型聚合物等進行結構優化，得到合理的3D分子模型，鍵能、鍵長、鍵角以及相應的振動模式，HOMO和LUMO軌道，紅外譜圖和拉曼譜圖等；計算多個物質間（小分子間、無定型聚合物間、界面間等）的相互作用能、結合能，包括分子間相互作用（氫鍵、靜電相互作用等），化學鍵相互作用（共價鍵、配位鍵、離子鍵等）。對體系進行分子動力學模擬，體系平衡後，對體系中的物質進行RDF（徑向分布函數）分析，MSD（均方根位移）分析，鍵長、鍵角以及末端距等結構變化分析等。分析化學反應過程，搜索反應的過渡態，從化學反應的熱力學和動力學角度去判斷化學反應的過程、反應的難易程度等；計算化學反應的勢能變化（△E），焓變（△H），自由能變化（△G）等。模擬不同壓力和溫度等條件下，吸附劑骨架對吸附質分子的吸附過程，得到飽和吸附量、吸附的最佳位點、吸附能、吸附熱等，判斷骨架與分子的吸附形式（物理吸附與化學吸附）；X射線衍射分析。
3.第一性原理計算
簡介：
第一性原理計算是目前材料模擬和計算物質科學研究中最流行的方法之一。針對周期性或非周期性材料，開展第一性原理計算，獲得材料的電子結構信息，對材料性質開展預測。
主要功能：
採用周期性邊界條件(或超原胞模型)處理原子、分子、團簇、納米線(或管)、薄膜、晶體、准晶和無定性材料，以及表面體系和固體；計算材料的結構參數(鍵長,鍵角,晶格常數，原子位置等)和構型；計算材料的狀態方程和力學性質(體彈性模量和彈性常數)；計算材料的電子結構(能級、電荷密度分布、能帶、電子態密度和ELF)；計算材料的光學性質；計算材料的磁學性質；計算材料的晶格動力學性質(聲子譜等)；表面體系的模擬(重構、表面態和STM模擬)；從頭分子動力學模擬；計算材料的激發態(GW准粒子修正)。
4.GROMACS
簡介：
用於研究生物分子體系的分子動力學程序包。它可以用分子動力學、隨機動力學或者路徑積分方法模擬溶液或晶體中的任意分子，進行分子能量的最小化，分析構象等。它的模擬程序包包含GROMACS力場(蛋白質、核苷酸、糖等)，研究的範圍可以包括玻璃和液晶、到聚合物、晶體和生物分子溶液。GROMACS是一個功能強大的分子動力學的模擬軟體，其在模擬大量分子系統的牛頓運動方面具有極大的優勢。
主要功能：
計算結構和自由能；軌跡分析和均方位移；計算粘度；計算鍵長、鍵角、二面角；二面角主成分分析；氫鍵分析。
5.LAMMPS
簡介：
主要用於分子動力學相關的一些計算和模擬工作，可以模擬液體中的粒子，固體和汽體的系綜。也可以採用不同的力場和邊界條件來模擬全原子，聚合物，生物，金屬，粒狀和粗料化體系。LAMMPS可以計算的體系小至幾個粒子，大到上百萬甚至是上億個粒子。
主要功能：
計算結構和自由能；軌跡分析和均方位移；計算粘度；計算鍵長、鍵角、二面角；二面角主成分分析；氫鍵分析。
6.Amber
簡介：
Amber是一個多個程序的集合包，大約包含50多個程序，相互協調工作，包含代碼和演示的分子模擬軟體包，由AmberTools和Amber組成，在多糖、核酸、蛋白質、質膜的模擬中有廣泛應用。
主要功能：
計算結構和自由能；軌跡分析和均方位移；RMSD分析；RMSF分析；Cα角的分析；計算鍵長、鍵角、二面角；二面角主成分分析；氫鍵分析。
7.Autodock
簡介：
Autodock是一款開源的分子對接軟體，最主要應用於執行配體—蛋白分子對接，可以用於構建藥物-靶標複合物結構、開展虛擬篩選研究。
主要功能：
剛性對接、半柔性對接、X-射線晶體學；基於結構的藥物設計；先導化合物優化；虛擬篩選；組合庫設計；蛋白—蛋白對接；化學機制研究。
8.有元限模擬計算
簡介：
應用有限元模擬軟體，在化學、力學、電磁場、流體、傳熱、化工、MEMS、聲學等領域開展模擬分析，描述電化學過程、材料的力學性能、物質、能量動量的輸運等。
主要功能：
電磁學；結構力學、聲學；流體流動、傳熱；化工；多功能；接口產品。
- 軟體培訓部分服務內容
應千百客戶要求，中科科翼團隊（由中科院教授、博士組成）近期將「與『翼』俱進」計算模擬系列課程。本課程涵蓋眾多主流計算模擬專業軟體，涉及化學、生物、材料等眾多領域，每天10分鐘，學習計算模擬技術，專注更專業，從入門到精通，輕鬆carry，讓科研更容易！
目前更新課程：
分子力學軟體：
支持GPU加速、增強採樣算法、自由能預測、QM/MM等方法。在蛋白質、多肽、多糖、核酸、磷脂等生物分子的模擬中有廣泛應用。
量子化學從頭計算軟體：
近年來，越來越多的實驗工作者也藉助量子化學計算輔助來輔助實驗工作。其輸入文件簡單明了，極易書寫；計算功能強大，滿足絕大多數量化計算需求；計算速度也在眾多量化軟體中也名列前茅；因此深受廣大計算化學從業者喜愛。課程包括利用可視化軟體搭建分子結構，進行計算結果的可視化分析。量子化學計算的基本操作，方法和基組的選擇，結果分析等。
材料化學模擬軟體
Materials Studio是具備多種先進算法的綜合應用使成為一個強有力的模擬工具。無論構型優化、性質預測和X射線衍射分析，以及複雜的動力學模擬和量子力學計算，我們都可以通過一些簡單易學的操作來得到切實可靠的數據。該教程是Materials Studio分子模擬計算平台的一個初級教程，涉及到軟體與理論簡介、分子模型建立、分子動力學及量子化學計算案例，可以快速幫助初學者入門MS的基礎操作，加速自己的研究進展。
線上課程（科翼公眾號、網易雲課堂、b站、科翼官網、荔枝微課、騰訊課堂、淘寶、直答理工等平台）
更多課程，敬請期待......
超算機時優惠
中科科翼聯手國內多家超算平台提供巨量機時，超多優惠等你來 !!
具體請添加企業微信：178-1062-4518 了解，獨享優惠，還可免費贈送核時試算體驗！
中科科翼（北京）科技有限公司招聘（全職、兼職、實習）期待你的到來！
科翼，讓科研更容易！