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    魚的記憶只有7秒?有的魚可能還有史前記憶
    發布時間:2021-11-17
    出品:科普中國
    制作:王冠琳
    監制:中國科學院計算機網絡信息中心

      生活中常常會聽到小伙伴自嘲是一條魚,只有7秒的記憶,來感慨“忘性大”這件事。

      不過,魚類的記憶真的只有7秒嗎?魚寶寶們表示:這個鍋,我們不背!

      

      圖片來源:作者拍攝

    魚的記憶其實很長

      除了我們國家有魚類記憶只有7秒的說法,國外也有‘3 second memory fish’的說法。那么魚類的記憶,究竟有多久呢?

      早在1965年,來自美國的科學家們就對金魚的記憶進行了研究。研究人員首先從魚缸的一端發射出一道亮光,緊接著在這一端對金魚進行電擊刺激。

      如此反復訓練多次,很快,金魚就記住了“光—電擊”這個刺激循環。當再次有光射出時,金魚就會迅速逃離到魚缸的另一邊。研究人員發現金魚可以在長達1個月里記住“光—躲避”的行為模式。

      除了金魚,研究人員還通過“光-食物”的刺激方式在模式生物斑馬魚上發現類似的結果。不僅如此,后續還有科學家觀察到飼養的魚類對進食刺激能夠保持長達幾年的記憶。

      其實,在生活中,如果仔細觀察景點水塘中的觀賞魚,一旦有人接近,它們就會迅速游過來,吐泡泡,試圖獲取食物,這也食物刺激下的記憶。

    魚的記憶不僅長,還能遺傳給下一代

      一項發表在《自然—通訊》上的研究成果更是顛覆了人們的認識。來自新西蘭Otago大學的科學家通過對斑馬魚研究發現,斑馬魚的表觀遺傳記憶,能夠通過保存DNA甲基化的方式連續遺傳給后代。

      簡而言之,魚的記憶能夠遺傳給下一代,甚至下幾代。

      

      圖片來源:作者拍攝

      此前研究表明,除了“基因”遺傳因素會調控我們的記憶,表觀遺傳學也和學習記憶密切相關。

      表觀遺傳學指的是在不改變的遺傳物質DNA的條件下,發生可遺傳的化學修飾,這主要包括DNA甲基化修飾,組蛋白修飾等。如果這些修飾發生在配子中,就會遺傳給后代。

      后代獲得的表觀遺傳學修飾(包括DNA甲基化修飾,組蛋白修飾等),往往會夠對親本(或者是幾代以前的祖先)經歷的事件(刺激)做出反應,這也被稱作為表觀遺傳學記憶。

      具體來說,后代能夠對親本發生的,自身并未經歷的事件,出現記憶并做出“跨代”反應。

      比如2016年,來自特拉維夫大學的科學家們就發現經歷饑餓的線蟲,會將經受饑餓的“記憶”,通過smallRNA傳遞的方式遺傳給后代。研究人員發現后代的線蟲,盡管并未經受“饑餓”,卻能夠提前對饑餓做好準備。

      這類記憶,大多是親代對環境條件,特別是不利環境因素的表觀遺傳學修飾,有助于幫助后代更好的存活下來。

    記憶遺傳給后代,斑馬魚是怎么做到的?

      作為表觀遺傳修飾的最主要方式之一,DNA甲基化是指在不改變DNA序列前提下,通過一種特定的酶(DNA甲基轉移酶)的修飾,在DNA的核苷酸(如胞嘧啶的5位碳原子)上共價結合一個甲基基團,從而改變DNA的構象,抑制DNA雙螺旋結構中的大溝和蛋白質的相互結合。

      因為其在調控基因表達等方面起到的重要作用,DNA甲基化修飾也被稱為DNA天書的“注腳”。

      此前的研究中,科學家們發現在哺乳動物(包括人類中),這類DNA甲基化修飾并不會穩定的遺傳給下一代,而是在受精后,會出現大規模的“甲基化擦除現象”。

      

      圖片來源Veer圖庫

      和精子和卵細胞的甲基化水平相比,胚胎中DNA的甲基化水平會大大下降,出現了全基因組范圍內的大規模DNA甲基化擦除。而在子代后續的發育過程中,隨著環境條件的變化,DNA甲基化水平再次升高,出現“(親本)DNA甲基化擦除——(子代)DNA甲基化重建”的過程。

      而一項針對斑馬魚的研究中,研究人員通過低覆蓋率全基因組亞硫酸鹽測序的方法對斑馬魚種系發育過程中的DNA甲基化水平進行了分析,結果發現,種系發育的過程中,斑馬魚并不會像哺乳動物一樣,經歷全基因組的DNA甲基化的刪除。斑馬魚的DNA甲基化事件能夠遺傳給下一代,甚至后面的幾代。

      也就是說,在魚類(至少是斑馬魚)中,似乎可以通過傳遞DNA甲基化來把記憶傳遞給后代,這可能能夠幫助斑馬魚更好的適應環境的變化。

      所以,以后可別再說魚的記憶只有7秒了,你看到的魚,可能還殘留著史前的記憶呢!

    參考文獻:

    1.Oscar Ortega-Recalde, Robert C. Day, Neil J. Gemmell, Timothy A. Hore. Zebrafish preserve global germline DNA methylation while sex-linked rDNA is amplified and demethylated during feminisation. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10894-7

    2.Guo, H., Zhu, P., Yan, L., Li, R., Hu, B., Lian, Y., ... & Jin, X. (2014). The DNA methylation landscape of human early embryos. Nature511(7511), 606.

    3.Houri-Ze’evi, L., Korem, Y., Sheftel, H., Faigenbloom, L., Toker, I. A., Dagan, Y., ... & Rechavi, O. (2016). A tunable mechanism determines the duration of the transgenerational small RNA inheritance in C. elegans. Cell165(1), 88-99.

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