CRISPR操纵墨鱼基因，实现“电子墨水打印”

墨鱼身上戴着3D打印的设备模型，可以可视化动物的神经活动。

　　

一只班氏乌贼呈现“波浪”图案。这些图案的功能尚不清楚。

墨鱼是伪装大师:在几毫秒内，它们就能彻底改变自己的皮肤图案，与周围环境融为一体，而它们明显的色盲使这一壮举更加令人费解。

现在，新的发现和工具使研究人员比以往任何时候都更接近了解墨鱼是如何完成动物王国中最令人印象深刻的伪装表演之一的。科学家们正在仔细检查墨鱼的皮肤细胞，开发工具来追踪它们的大脑活动，研究它们的皮肤，看看墨鱼是否会做梦。本周在华盛顿举行的2023年神经科学学会(SfN)会议上，许多人展示了他们的发现。

墨鱼拥有无脊椎动物中最大的大脑之一，因此科学家们希望这项研究能够深入了解这种复杂行为是如何进化的。特隆赫姆挪威科技大学的神经生物学家霍斯特·奥本豪斯说:“变色龙在速度和准确度上甚至无法接近乌贼控制皮肤的方式。”

神经学家长期以来一直对这些章鱼和乌贼的奇怪近亲感兴趣，因为它们的大脑活动反映在它们的皮肤模式上。为了利用这种将思想印在皮肤上的能力，德国法兰克福马克斯·普朗克脑研究所的神经科学家吉尔斯·洛朗和他的同事们拍摄了乌贼单个皮肤细胞活动的高分辨率视频。他说:“这使我们能够在不进入大脑的情况下获得大脑的输出。”

有很多东西可以用相机捕捉到:墨鱼的皮肤包括数百万个称为色素体的细胞，其中含有各种颜色的色素。当皮肤中的肌肉收缩时，细胞会改变形状并调节所显示的色素的数量。总的来说，这些收缩创造了不同的颜色、图案和纹理，使动物能够在瞬间完全改变自己的外观。

今年7月，劳伦特和他的同事们报告说，墨鱼会多次改变皮肤颜色，直到最终选择与周围环境相匹配的颜色，即使它们之前已经暴露在同一个地方。这表明他们没有固定的融入策略;相反，他们用试错法来接近他们的环境。

但研究墨鱼的皮肤只能暗示这种生物的大脑中发生了什么。奥本豪斯说，研究人员真正的“圣杯”将是操纵墨鱼的基因。但纽约哥伦比亚大学的分子生物学家泰莎·蒙塔古说，事实证明这很困难。例如，通常用于将基因编辑技术传递到细胞中的病毒不能用于墨鱼，因为只有少数病毒已知会感染动物及其近亲。

闪烁的神经元

蒙塔古和她的同事们现在已经接近成功:他们已经成功地编辑了微型物种Sepia bandensis的胚胎基因组，这种物种在完全长成时只有7厘米长。蒙塔古在SfN会议上报告说，胚胎不能存活很长时间。但是，一旦她的团队能够将它们抚养到成年，蒙塔古计划将一种产生荧光蛋白的基因插入动物的基因组中，这将使神经元在放电时发光。这将使她的团队能够可视化特定的神经元和激活模式，使动物能够随着每次环境的变化而改变皮肤。

与此同时，她的实验室一直在开发其他工具，一旦基因编辑的墨鱼准备好，研究人员就可以对这些动物进行研究。在用荧光神经元改造动物后，研究人员需要开发一种方法来对这些神经元进行成像，这对于缺乏坚硬头骨的动物来说并不容易——在头骨上安装成像设备——并且被腐蚀性盐水包围。

蒙塔古和她的同事正在开发的另一种工具是一个被电子墨水屏幕包围的水箱，电子墨水与电子阅读器使用的技术相同。这些屏幕可以设置图案，使研究小组能够系统地研究墨鱼对环境的反应，而不会因为使用发出强光的屏幕而使它们迷失方向。

了解墨鱼如何伪装自己只是冰山一角。改变皮肤颜色似乎是动物相互交流的一种方式。还有其他的颜色显示，比如“波浪”，颜色在墨鱼的身体上慢慢地涟漪，科学家们根本无法解释。

研究人员还利用墨鱼的皮肤来了解睡眠的进化。与章鱼类似，墨鱼也会经历一段“活跃睡眠”，在这段时间里，它们的皮肤会迅速闪现出不同的颜色。奥本豪斯正在测试这些生物是否会在睡觉时重演以前的社交经历。一些科学家说，这就是动物做梦的原因，这可能就是墨鱼身上发生的事情。“这是一个诱人的想法，”蒙塔古说。她补充说，这种戏剧性的色彩闪烁破坏了伪装的目的，所以它们很可能具有一些重要的进化功能。