章鱼、鱿鱼和乌贼拥有动物界中一些最复杂的神经系统，使它们具备解决问题和快速改变外貌以融入环境等显著能力。但是，这些非凡能力是如何进化而来的呢？科学家们发现一个惊人的线索，这个线索可能不在基因本身，而在于DNA在细胞内部的折叠和排列方式。维也纳大学的研究人员发现，数亿年前DNA的大量重组使先前分开的遗传区域相互接触。这些新形成的连接改变了基因之间的相互作用和调控方式，可能帮助推动了这些动物（统称为头足类软体动物）中异常复杂神经系统的进化。这项发表在《自然通讯》上的研究结果表明，DNA的物理结构在进化中的作用可能比科学家们曾经认为的要活跃得多。\n\nDNA三维结构如何影响进化为了研究这一可能性，研究团队重建了章鱼、鱿鱼和乌贼基因组的三维组织。他们随后比较了DNA的排列与基因活动模式，以理解基因组结构的变化可能如何影响生物复杂性。主笔作者西娅·罗杰斯博士表示：“基因组不仅仅是基因的序列。它折叠成一个复杂的三维结构。理解这种结构如何进化对于了解新的生物复杂性形式的产生变得日益重要。”尽管DNA通常被描绘成一条长长的扭曲梯子，但它并不只是简单地在细胞内延伸。相反，它折叠成复杂的三维排列，允许遗传序列中相距较远的片段近距离接触。这些连接很重要，因为它们可以影响哪些基因被激活、何时被使用以及它们的功能强度。因此，DNA折叠方式的变化可以在不改变基础遗传指令的情况下改变基因活动。\n\n古老的DNA重组创建了新的遗传连接研究人员找到证据表明，头足类基因组在数亿年前经历了一段广泛的重组。在这次进化动荡期间，大块遗传物质被重排，将之前分开的染色体区域重新拉近。这种重组创造了DNA区域以往无法互动的机会。一旦这些连接形成，它们就可以影响彼此的活动，逐渐建立更复杂的遗传调控网络。随着进化时间的推移，这些相互作用可能变得越来越相互关联和难以分离，形成一种科学家所称的“调控纠缠”的过程。该机制为进化如何在不破坏生物体必需的基本功能的情况下产生新的生物特征提供了一个可能的解释。通过在现有遗传元素之间建立新的连接，基因组可能发展出不同的基因活动模式，同时保持关键生物系统的完整性。\n\n稳定的DNA结构与灵活的遗传环研究中最具揭示性的发现之一是，不同部分的基因组对进化重组的反应差异很大。研究人员发现，被称为染色质区域的大型结构在漫长的进化历史中保持了惊人的稳定性。这些区域帮助将DNA组织成细胞内的广泛部分，它们的持久性表明某些基因组架构的特征是高度保守的。然而，被称为染色质环的小型结构则展示了不同的故事。这些环是在三维空间中将遥远的DNA片段拉到一起时形成的。与相对稳定的染色质区域不同，这些环在头足类物种、组织和发育阶段之间显示出显著差异。特别有趣的是它们的位置。这些灵活的DNA连接出现在与重要头足类特征（包括神经系统的发育和功能）相关的基因附近。这种模式表明，基因组内较小、更易适应的结构可能对重大遗传重组特别敏感。通过改变哪些DNA区域可以交流，这些灵活的连接可能有助于产生新的基因活动模式，并推动复杂性状的进化。\n\n一个关于章鱼智力进化的新线索这一发现挑战了传统的基因组架构的观点，通常认为基因组架构主要是对进化的反应而变化。相反，研究结果表明，DNA的物理组织本身也可以影响基因的活动和演变。