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首先，它们的生理构造奇特。章鱼拥有三颗心脏，两颗负责给鳃供血（鳃心脏），一颗负责给全身供血（体心脏）。它们还具有鹦鹉般的喙和八条布满了丰富神经和吸盘的手臂。
章鱼的三颗心脏：两颗鳃心脏（Branchial heart），一个体心脏（Systemic heart）
它们全身都没有骨架，唯一硬硬的地方就是那个喙，因此它们可以通过极度扭曲自己的身体来通过异常狭小的空间，成为逃脱高手。
章鱼从一个腕足尖大小的缝隙钻出船
其次，章鱼的“智商”是无脊椎动物中的异类——相对于其他无脊椎动物，它们异常聪明。
章鱼拥有两个记忆系统，一个是大脑记忆系统（占所有神经细胞的40%），另一个记忆系统（占所有神经细胞的60%）则直接与吸盘相连。我们人类只有大脑记忆系统，如果我们的四肢想要完成比较复杂的动作，必须由大脑负责控制具体操作步骤。而章鱼则不然，它的八个腕足内都有独立的神经索，可以独立完成很多复杂的任务。章鱼缺少脑和腕足之间的长时间连接，因此它们时常会“控制不住自己”。
章鱼想要回到海里，那么它的大脑只需要对腕足下达一个抽象的“回家”的命令，具体怎样完成都由腕足自己来判断、决定，不需要大脑去控制每一个动作细节。虽然人类的脊髓也可以完成一些低级反射（比如膝跳反射、缩手反射），但是章鱼腕足的神经索的自主程度要比人类高得多。
科学家们还为章鱼量身定做了一些实验，来看章鱼是否具有记忆、学习能力。事实证明，章鱼像人类一样，也具有记忆和学习能力！
研究者们把一只螃蟹放在瓶里塞紧塞子，然后再把瓶子放在一个结构复杂的玻璃盒子中。接下来，他们从水里新捞上来一个萌萌的章鱼新手，放到水箱里。面对结构复杂的玻璃盒，新手章鱼只能干瞪眼。而他的隔壁住着一只章鱼老死机，正在娴熟的从同样的玻璃盒子中获取食物。新手章鱼看到以后，立刻采取同样的办法，抓到了螃蟹。
此外，章鱼还喜欢玩耍（重复性地把玩具向水中抛出，然后再抓回来），会使用工具（抓住椰子壳就跑，让自己在捕食者靠近的时候有藏身之处），会走迷宫并记住走过的路（这点让很多“路痴”人类表示服气。。。）等等。
而模仿、学习、玩耍、使用工具等，都是像人类这种脊椎动物中的高等哺乳动物才具有的特性，章鱼作为一个无脊椎动物，它的表现实在是令人咋舌！
三、隐身+72变
章鱼还有一个特技：duang~~隐身。它可以迅速改变颜色和质感使自己隐藏于周围的环境中，仿佛穿上了一件隐身斗篷。它还“72变”（拟态），模仿成有剧毒的生物吓唬天敌。
它们的这种能力跟皮肤上的色素和肌肉调控有着密切的关系。章鱼的皮肤里有分三层，第一层是色素层（chromatophores），第二层是虹彩层（iridophores），第三层是白色层（leucophores）。
最上面的色素层有很多色素囊，每一个色素囊周围都有一圈肌肉，只要肌肉一起用力收缩，小的色素点就被拉成很大片的色块。中间的虹彩层则是由细胞水平排列成很多薄层，在神经讯号刺激下，透过调整角度和厚度，反射、偏振出很像亮片的光泽。最底下的白色层最简单，就是细胞里有超白的反光蛋白（reflectin），可以几乎反射所有可见光。
最后一点，也是最重要的一点！它们的基因很特殊。什么是基因呢？基因是遗传信息的载体，由DNA组成，决定了物种的特点，储存在每个细胞的细胞核中。孩子长得像爸爸妈妈，就是因为爸爸妈妈的基因传给了他们。在细胞中，基因转录成RNA，RNA翻译成蛋白质，最后蛋白质直接参与到我们机体生命活动的调节中，这个过程被称为“中心法则”。
简单来说，如果把人体比作成一台电脑的话，一段DNA相当于生物遗传信息的一段“源代码”，RNA相当于对应的“复制代码”，而蛋白质则是“源代码”运行的结果。复制代码在运行之后会被清除，下一次运行时再进行“复制”。由此可见，“源代码”DNA发生的改变会遗传给下一代，而“复制代码”RNA发生的改变并不会遗传给下一代，只是会对本体表达的蛋白质产生影响。
中心法则：DNA转录（tranion）成RNA，然后RNA翻译（translation）成蛋白质（protein）
章鱼的基因十分独特，在其他生物中很少能找到相似的基因，（要知道，就连人类和果蝇都共享着61%的致病基因），这使得它尤其像一个“外星生物”。
章鱼具有的DNA数量跟人类几乎一样多，但是它有更多编码蛋白质的基因——人类有25000个，章鱼有33000个。这些基因大多数跟神经细胞的生长发育相关，科学家们猜测这与它们“智慧”的腕足有着密不可分的联系。
此外，章鱼还有一个令人惊讶的“特异功能”，那就是通过RNA编辑大规模修改自己的基因表达产物——蛋白质。也就是说，在DNA转录为RNA后，章鱼可以对RNA进行修改，从而改变表达的蛋白，进而改变细胞功能。在人类中，只有3%的基因转录的RNA可以被修改，并且大多数发生在非蛋白质表达基因上，不会对蛋白质产生影响。
章鱼的这种修改蛋白质的功能可以让自己更加适应环境，比如，生活在北冰洋的章鱼就通过RNA编辑来产生了更加抗寒的特性。这种情况如果发生在人类身上，可能就是“超人”了。
有趣的是，这些编辑位点更多的出现在神经细胞连接功能相关的蛋白质上，因此科学家们猜测，这也可能是章鱼在无脊椎动物中智力超群的原因。
正是由于章鱼卓群的“智商”、奇特的外表、特殊的习性——当然，最重要的是“诡异”的基因，科学家们才戏称它为“外星来客”。很多科幻作品中的人物也是以章鱼为原型的，比如《加勒比海盗》中的戴维·琼斯船长、《寄生兽》中的小右等。
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