还记得那个“牡蛎为芝加哥带来了海”的鸡汤吗？

还记得那个“牡蛎为芝加哥带来了海”的鸡汤吗？ 它背后是有一篇论文的。 Brown Jr, F. A. (1954). Persistent activity rhythms in the oyster. American Journal of Physiology-Legacy Content, 178(3), 510-514. doi: 10.1152/ajplegacy.1954.178.3.510

量子磁感应：生物学家探寻鸟类导航的进化秘密

量子磁感应：生物学家探寻鸟类导航的进化秘密 黄腹纹霸鹟（Empidonax flaviventris）是一种小型食虫鸟，它不能产生隐花色素 4 蛋白。这种鸟在北美洲繁殖，冬季迁徙到墨西哥南部和中美洲。图片来源：Corinna Langebrake一项新的基因研究表明，鸟类眼睛中的隐花色素 4 蛋白是鸟类磁导航能力的关键，其进化变化凸显了它在适应不同环境中的作用。研究小组在最近发表于英国皇家学会研究期刊《英国皇家学会生物科学院院刊》（Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences）上的一篇论文中报告说，这些发现表明隐花色素 4 能够适应不同的环境条件，并支持隐花色素 4 具有传感器蛋白功能的理论。奥尔登堡大学和牛津大学的研究表明，磁感应是基于候鸟视网膜上某些细胞中发生的复杂量子力学过程。这些研究成果于 2021 年发表在科学杂志《自然 》上，为隐花色素 4 就是他们一直在寻找的磁感受器这一假设提供了支持证据。他们证明了隐花色素 4 存在于鸟类的视网膜中。此外，用细菌生产的蛋白质进行的实验和模型计算都表明，隐花色素 4 在对磁场做出反应时表现出可疑的量子效应。之前的研究还发现，知更鸟等候鸟体内的隐花色素 4 对磁场的敏感性要高于鸡和鸽子等留鸟。"因此，隐花色素 4 在知更鸟身上比在鸡和鸽子身上更敏感的原因必须从该蛋白质的DNA序列中找到，"该研究的第一作者兰格布拉克说。"她补充说："在这些夜间迁徙的鸟类中，该序列可能在进化过程中得到了优化。"在目前的研究中，研究小组首次从进化的角度研究了磁感应。研究人员分析了 363 种鸟类的隐花色素 4 基因。首先，他们比较了该蛋白质与两种相关隐花色素的进化速度，发现用于比较的隐花色素基因序列在所有鸟类物种中都非常相似。它们在进化过程中似乎变化很小。这很可能是由于它们在调节体内时钟方面起着关键作用这种机制对所有鸟类来说都是必不可少的，改变这种机制会产生极其不利的影响。与此相反，隐花色素 4 被证明具有高度可变性。奥尔登堡大学鸟类学教授、鸟类研究所所长利德沃格尔解释说："这表明，这种蛋白质对于适应特定环境条件非常重要。由此产生的特殊化可能就是磁感应。在其他感官蛋白中也观察到了类似的模式，例如眼睛中的光敏色素。"研究人员随后仔细研究了隐花色素 4 的基因序列在鸟类进化史中的演变过程。他们的分析揭示了一个值得注意的趋势，尤其是在雀形目（Passeriformes）中，这种蛋白质通过快速选择经历了重大优化。研究结果表明，进化过程可能导致隐花色素4在鸣禽中专门用作磁感受器。研究发现，某些鸟类支系中不存在隐花色素 4，如鹦鹉、蜂鸟和霸鹟（Suboscines）。这表明隐花色素 4 在它们的生存中并不起重要作用。然而，鹦鹉和蜂鸟是定居型鸟类，而一些霸鹟鸟类则是长途迁徙型鸟类，它们与欧洲的小型鸣禽一样，白天和晚上都会飞行。这就提出了一个问题：霸鹟是否发展出了一种独立于隐花色素 4 之外的磁感，或者它们是否能够在没有磁感的情况下确定自己的方向？另一种可能是，它们的磁感与知更鸟的磁感具有相同的特性，后者依赖于光线，并且会被无线电波干扰。这位生物学家强调说："前两种情况将有力地证实隐色4假说，而第三种情况则会给这一理论带来问题。"Liedvogel说："霸鹟亚目为我们了解隐花色素4的功能和候鸟磁感应的重要性提供了一个天然的工具。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

生物学家通过珊瑚追查海洋生物发光的古老起源

生物学家通过珊瑚追查海洋生物发光的古老起源 生物发光生物通过化学反应产生光的能力在自然界中已经独立进化了至少94次，并参与了包括伪装、求偶、交流和狩猎在内的大量行为。到目前为止，最早的动物生物发光起源被认为是在大约 2.67 亿年前，在被称为"介形纲"的小型海洋甲壳类动物身上。但是，对于这种能发光的特性，生物发光的起源却一直很模糊。2009 年在巴哈马群岛展示生物荧光的八射珊瑚 Isidella sp.图片来源：Sönke Johnsen博物馆的珊瑚馆馆长、该研究的资深作者 Andrea Quattrini 说："没有人知道为什么动物中会首次出现这种进化。"但是，对于夸特里尼和主要作者、博物馆研究助理、前博士后丹尼尔-德里奥说，要最终解决生物发光进化的原因这个更大的问题，他们需要知道这种能力是什么时候首次出现在动物身上的。为了寻找这种特性的最早起源，研究人员决定回溯八射珊瑚的进化史。八射珊瑚是一种进化古老、经常发出生物光的动物，包括软珊瑚、海扇和海笔。与硬珊瑚一样，八射珊瑚也是一种微小的群体性珊瑚虫，它们分泌的框架成为它们的避难所，但与它们的石质亲戚不同的是，这种结构通常是柔软的。会发光的八射珊瑚通常只有在受到碰撞或其他干扰时才会发光，因此它们发光的确切功能还有点神秘。德里奥说："我们想弄清生物发光的起源时间，而八射珊瑚是地球上已知会发出生物发光的最古老的动物群体之一。所以，问题是它们是什么时候发展出这种能力的？"无独有偶，夸特里尼和哈维-马德学院的凯瑟琳-麦克法登在2022 年完成了一棵极为详细、证据确凿的八射珊瑚进化树。夸特里尼和她的合作者利用来自185种八射珊瑚的遗传数据绘制了这幅进化关系图，即系统发生图。有了这棵以基因证据为基础的进化树，德里奥和 Quattrini 便根据两块已知年龄的八射珊瑚的物理特征，将它们放入进化树中。科学家们利用这些化石的年龄和它们各自在章鱼进化树中的位置，大致推算出了章鱼支系分裂成两个或多个分支的时间。接下来，研究小组绘制出了系统进化树中具有生物发光物种的分支。在确定了进化树的日期并标注了包含发光物种的分支之后，研究小组利用一系列统计技术进行了一项名为"祖先状态重建"的分析。Quattrini说："如果我们知道今天生活的这些章鱼物种具有生物发光特性，我们就可以利用统计学推断出它们的祖先是否极有可能具有生物发光特性。具有共同特征的现存物种越多，随着时间的推移，这些祖先也可能具有这种特征的概率就越高。"研究人员在重建祖先状态时使用了许多不同的统计方法，但都得出了相同的结果：大约 5.4 亿年前，所有八射珊瑚的共同祖先很可能是生物发光体。这比之前被称为最早进化出生物荧光的发光甲壳动物早了 2.73 亿年。八射珊瑚有数千种生活代表，而且生物发光的发生率相对较高，这表明这种特性在八射珊瑚的进化成功中发挥了作用。研究人员说，虽然这进一步引出了八射珊瑚使用生物发光到底是为了什么的问题，但生物发光被保留了如此之久这一事实凸显了这种交流方式对于它们的适应和生存是多么重要。既然研究人员已经知道所有八射珊瑚的共同祖先很可能已经具备了自身发光的能力，那么他们就有兴趣更彻底地研究一下，在八射珊瑚类的 3000 多个现存物种中，哪些物种还能发光，哪些物种已经失去了这种特性。这将有助于找到与生物发光能力相关的一系列生态环境，并有可能阐明其功能。为此，德里奥说，她和她的一些合著者正在努力创造一种基因测试，以确定这些物种是否具有荧光素酶（一种参与生物发光的酶）基因的功能拷贝。对于光度未知的物种，这种测试将使研究人员能够更快、更容易地得到答案。除了揭示生物发光的起源，这项研究还提供了进化背景和见解，为今天监测和管理这些珊瑚提供了参考。珊瑚普遍受到气候变化和资源开采活动的威胁，尤其是捕鱼、石油和天然气开采和泄漏，以及最近的海洋矿物开采。这项研究为博物馆的海洋科学中心提供了支持，该中心旨在推动并与世界分享海洋知识。德里奥和Quattrini说，在科学家们弄清发光能力最初进化的原因之前，还有很多东西需要学习，尽管他们的研究结果将发光能力的起源置于进化时间的深处，但未来的研究仍有可能发现生物发光的历史更为久远。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家为困惑古生物学家150年的神秘巨骨揭开新谜底

科学家为困惑古生物学家150年的神秘巨骨揭开新谜底 巨大的鱼龙浮尸在海面上的复原图。在欧洲各地的海洋沉积物中都发现了鱼龙的残骸。图片来源：Marcello Perillo / 波恩大学1850 年，英国博物学家塞缪尔-斯塔奇伯里在一份科学杂志上报告了一个神秘的发现：在布里斯托尔附近的化石矿藏 Aust Cliff 发现了一块巨大的圆柱形骨头碎片。此后，类似的骨头碎片在欧洲各地都有发现，包括北莱茵-威斯特法伦州的博嫩堡和法国普罗旺斯地区。2 亿多年前，这些地区被淹没在巨大的海洋之下，海洋覆盖了西欧和中欧的大片地区。沉积物中保存着当时动物世界的化石遗骸，包括海洋和沿海居民。关于这些大型骨骼化石属于哪一类动物至今仍存在一些争议。斯塔奇伯里在对首次发现的化石进行研究时认为，这些化石来自一种已灭绝的类似鳄鱼的陆地生物迷齿亚纲（labyrinthodontia）。然而，这一假设遭到了其他研究人员的质疑，他们认为这些化石来自长颈龙、剑龙或一个仍然完全未知的恐龙类群。长期以来，人们一直不清楚这些骨骼化石来自哪种动物。现在的新研究表明，它们来自鱼龙。图片来源：Marcello Perillo/波恩大学由蛋白质纤维组成的不寻常组织马塞洛-佩里洛解释说："早在 20 世纪初，其他一些研究人员就已经推测这些化石可能是巨大鱼龙的化石。"这位年轻的研究员在波恩大学地球科学研究所马丁-桑德（Martin Sander）教授领导的研究小组中对这一理论进行了研究，这是他硕士论文的一部分。作为工作的一部分，他研究了化石骨组织的微观结构。他说："相似物种的骨骼一般具有相似的结构。因此，骨组织学骨组织分析可以用来得出结论，说明该发现源自哪个动物群。"研究人员使用改装过的钻头，能够在不破坏珍贵化石的情况下取出骨头碎片。由此获得的薄薄的骨骼横截面使研究微观结构成为可能。图片来源：Deborah Hutchinson/布里斯托尔博物馆和艺术馆佩里洛首先从至今尚未分类的骨骼中提取样本。他说："我比较了英格兰西南部、法国和博嫩堡的标本。它们都显示出一种非常特殊的特性组合。这一发现表明，它们可能来自同一动物群"。然后，他用一种特殊的显微镜证明，骨壁具有非常不寻常的结构：它含有矿化胶原蛋白（一种蛋白质纤维）的长链，这些长链以一种独特的方式交织在一起，而这种交织方式在其他骨骼中尚未发现。具有类似结构的鱼龙骨骼有趣的是，加拿大的大型鱼龙化石也具有非常相似的骨壁结构。佩里洛强调说："然而，这种结构在我研究过的其他动物群的化石样本中并没有发现。因此，看来这些碎片也极有可能属于鱼龙，而且这些发现驳斥了这些骨头来自陆生恐龙的说法"。这些化石很可能来自海洋生物的下颚。通过将化石碎片的大小与该动物群中其他物种的下颚进行比较，可以推断出这些动物的长度：正如鱼龙理论的支持者在早些时候的一项研究中最初推测的那样，它们的长度可能达到 25 米到 30 米。佩里洛说："不过，这个数字只是估计，还远远不能确定直到我们找到更完整的化石遗骸。尽管如此，这些化石肯定异常巨大。"最早的鱼龙生活在距今约 2.5 亿年前的三叠纪早期的古海洋中。像鲸鱼一样大的鱼龙很早就出现了，但最大的鱼龙大约在 2.15 亿年前才出现。在 2 亿多年前的三叠纪末期，几乎所有鱼龙物种都灭绝了。它们骨壁的不寻常结构类似于碳纤维增强材料可能使骨骼非常稳定，同时允许快速生长。佩里洛说："即使动物正常进食，这些巨大的下颚也会受到强大的剪切力。这些动物也有可能用鼻子撞击猎物，类似于今天的虎鲸。不过，目前这还只是纯粹的推测。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧 以及阻止它的方法

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧 以及阻止它的方法 发表在《科学》（Science）杂志上的最新研究确定了导致广泛恐惧体验的大脑生物化学和神经回路。图中，神经元显示为青色，逆行追踪器显示为黄色和品红色。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室但是，如果在没有实际威胁的情况下产生恐惧，就会对我们的健康造成危害。那些遭受过严重或危及生命的压力的人，即使在没有实际威胁的情况下，也会产生强烈的恐惧感。这种恐惧的泛化会对心理造成伤害，并可能导致长期的精神疾病，如创伤后应激障碍（PTSD）。在没有威胁的情况下，我们的大脑会产生恐惧感，这种由压力引起的机制一直是个谜。现在，加利福尼亚大学圣迭戈分校的神经生物学家确定了导致这种普遍恐惧体验的大脑生化变化，并绘制了神经回路图。他们的研究发表在《科学》杂志上，为如何预防恐惧反应提供了新的见解。背侧剑突是位于脑干的一个区域，图像中绿色显示的是血清素能神经元，红色显示的是病毒表达的 TdTomato 蛋白，黄色显示的是共聚焦细胞。加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室。图片来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室恐惧研究的突破在报告中，前加州大学圣地亚哥分校助理项目科学家李慧泉（现为 Neurocrine Biosciences 公司高级科学家）、生物科学学院阿特金森家族特聘教授尼克-斯皮策（Nick Spitzer）和他们的同事描述了他们发现神经递质使大脑神经元能够相互沟通的化学信使是压力诱发广泛恐惧的根源的研究过程。研究人员通过对小鼠大脑中一个被称为背侧剑突的区域（位于脑干）进行研究，发现急性压力会诱发神经元中化学信号的转换，从兴奋性的"谷氨酸"神经递质转换为抑制性的"GABA"神经递质，从而导致普遍的恐惧反应。针对普遍恐惧的见解和干预措施加州大学圣地亚哥分校神经生物学系和卡夫利脑与心智研究所成员斯皮策说："我们的研究结果为了解恐惧泛化的相关机制提供了重要见解。从这一分子细节层面了解这些过程的好处是知道发生了什么以及发生在哪里可以针对驱动相关疾病的机制进行干预"。使用共聚焦显微镜拍摄的大脑背侧急流区图像。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室压力诱导神经递质的转换被认为是大脑可塑性的一种形式，在这一新发现的基础上，研究人员随后对患有创伤后应激障碍的人的死后大脑进行了检查。在他们的大脑中也证实了类似的谷氨酸-GABA 神经递质转换。研究人员接下来找到了一种阻止产生广泛恐惧的方法。在小鼠经历急性应激之前，他们给小鼠的背侧剑突注射了一种腺相关病毒（AAV），以抑制负责合成 GABA 的基因。这种方法阻止了小鼠获得广泛性恐惧。此外，当小鼠在应激事件发生后立即服用抗抑郁药氟西汀（百忧解）时，递质转换和随后出现的广泛性恐惧就会被阻止。研究人员不仅确定了切换发射器的神经元位置，还展示了这些神经元与中央杏仁核和外侧下丘脑的连接，而这些脑区以前与其他恐惧反应的产生有关。斯皮策说，"既然我们已经掌握了压力诱发恐惧的核心机制以及实施这种恐惧的电路，那么干预措施就可以有针对性和特异性。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

生物学家构建了迄今为止最全面的鸟类族谱图 时间横跨9300万年

生物学家构建了迄今为止最全面的鸟类族谱图 时间横跨9300万年 这些技术使研究人员能够高精度、高速度地分析大量基因组数据，为构建有史以来最全面的鸟类家谱奠定了基础。4月1日发表在《自然》（Nature）和《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的两篇互补性论文详细介绍了这一进展。《自然》杂志报道的更新家系揭示了6600万年前恐龙灭绝后鸟类进化史的模式。发表在《自然》杂志上的最新鸟类家谱，勾勒出 363 种鸟类之间 9,300 万年的进化关系。图片来源：Jon Fjeldså（绘图）和 Josefin Stiller研究人员观察到，早期鸟类的有效种群数量、替代率和相对脑容量都急剧增加，这为我们揭示这一关键事件之后推动鸟类多样化的适应机制提供了新的线索。在发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的相关论文中，研究人员仔细研究了新家谱的一个分支，发现火烈鸟和鸽子的亲缘关系比之前的全基因组分析所显示的更远。这项工作是由哥本哈根大学、浙江大学和加州大学圣地亚哥分校牵头的多机构合作项目"鸟类万基因组（B10K）项目"的一部分，该项目旨在为约10500种现存鸟类生成基因组序列草案。"我们的目标是重建所有鸟类的整个进化史，"加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院电子与计算机工程教授西亚瓦什-米拉拉布说，他是《自然》论文的共同资深作者，也是《美国科学院院报》论文的第一作者和共同通讯作者。这些研究的核心是一套名为"ASTRAL"的算法，米拉拉布实验室开发了这套算法，以前所未有的可扩展性、准确性和速度推断进化关系。通过利用这些算法的强大功能，研究小组整合了来自 6 万多个基因组区域的基因组数据，为他们的分析提供了强大的统计基础。研究人员随后研究了整个基因组中各个片段的进化历史。在此基础上，他们拼凑出了一棵马赛克基因树，然后将其编入一棵综合物种树。这种细致入微的方法使研究人员能够构建一个新的、经过改进的鸟类家系，即使在历史不确定的情况下，也能非常精确和详细地描述复杂的分支事件。米拉拉布说："我们发现，我们在分析中加入数万个基因的方法实际上是解决鸟类物种之间进化关系的必要条件。需要所有这些基因组数据，才能以很高的置信度还原6500万-6700万年前的这段特定时期发生了什么"。在发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的这项研究中，研究人员仔细研究了更新的鸟类家谱中的一个分支，发现包括火烈鸟和鸽子在内的鸟类群体的亲缘关系比以前的全基因组分析所显示的要远，并将这一结果归因于第 4 号染色体上的一个不寻常区域。图片来源：Ed Braun（绘图）、Daniel J. Field（鸟类图片）和 Siavash Miarab该团队之所以能够在海量数据集上进行这些分析，是因为米拉拉布实验室设计的计算方法能够在功能强大的 GPU 机器上运行。他们在加州大学圣地亚哥分校圣地亚哥超级计算机的Expanse超级计算机上进行了计算。米拉拉布说："我们很幸运能够使用如此高端的超级计算机。如果没有Expanse，我们就无法在合理的时间内对如此庞大的数据集进行运行和重新运行分析。"研究人员还研究了不同基因组取样方法对树的准确性的影响。他们发现，两种策略对每个物种的许多基因进行测序，以及对许多物种进行测序结合在一起，对重建这一进化史非常重要。哥本哈根大学生物学教授、《自然》论文第一作者约瑟芬-斯蒂勒（Josefin Stiller）说："因为混合使用了这两种策略，所以我们可以测试哪种方法对系统发育重建的影响更大，从每种生物体中采样许多基因序列比从更广泛的物种中采样更重要，尽管后一种方法有助于我们确定不同群体进化的时间。"借助先进的计算方法，研究人员还揭示了他们在之前的一项研究中发现的不寻常之处：鸟类基因组中一条染色体的特定部分数百万年来一直保持不变，没有出现预期的基因重组模式。这一反常现象最初导致研究人员错误地把火烈鸟和鸽子归为进化上的表亲，因为根据这一段未变的DNA，它们似乎关系密切。这是因为他们之前的分析是基于48种鸟类的基因组。但通过使用363个物种的基因组重复分析，他们发现了一个更准确的家族树，它将鸽子与火烈鸟的关系进一步拉近。此外，通过使用由洛克菲勒大学神经生物学教授埃里希-贾维斯（Erich Jarvis）领导的脊椎动物基因组计划（Vertebrate Genome Project，VGP）提供的六个高质量基因组，米拉布及其同事能够发现并推测出这种令人惊讶的模式。佛罗里达大学生物学教授、《美国科学院院刊》（PNAS）论文共同通讯作者爱德华-布劳恩（Edward Braun）说："令人惊讶的是，这段被抑制的重组时期可能会误导分析。正因为它可能会误导分析，所以在未来的6000多万年后，它实际上是可以被检测到的。这才是最酷的部分。"这项工作的影响远远超出了对鸟类进化史的研究。米拉拉布实验室首创的计算方法已成为重建其他各种动物进化树的标准工具之一。下一步，研究小组将继续努力构建鸟类进化的完整图景。生物学家们正在对更多鸟类物种的基因组进行测序，希望能将家谱扩展到数千个鸟属。与此同时，米拉拉布领导的计算科学家们正在改进他们的算法，以适应更大的数据集，确保在未来的研究中能够高速、准确地进行分析。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：