科学家发现进化过程中不寻常的新英雄：史前蠕虫搭配黄铁矿

科学家发现进化过程中不寻常的新英雄：史前蠕虫搭配黄铁矿 一项新的研究发现，史前蠕虫在海底的穴居活动释放了氧气，促进了奥陶纪生物大分化。地球上最重要的一次生物多样性爆发3000 万年的爆炸性进化变化催生了无数新物种可能要感谢生命史上最不起眼的生物：蠕虫。根据约翰-霍普金斯大学研究人员发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》杂志上的最新研究成果，史前蠕虫和其他无脊椎动物在海底的挖掘和穴居引发了一连串的事件，向海洋和大气释放了氧气，并帮助启动了大约 4.8 亿年前的奥陶纪生物多样化大事件。地球与行星科学系助理教授、资深作者玛雅-戈麦斯（Maya Gomes）说："想想在今天甚至还不存在的小动物是如何以如此深刻的方式改变进化史的进程的，这真的令人难以置信。"通过这项工作，我们将能够研究早期海洋的化学性质，并重新解释部分地质记录。"为了更好地了解氧气含量的变化如何影响大规模的进化事件，戈麦斯和她的研究小组更新了模型，详细说明了数亿年来氧气增加的时间和速度。他们研究了在一定程度上由挖掘蠕虫造成的沉积物混合与一种名为黄铁矿的矿物之间的关系，黄铁矿在氧气积聚中起着关键作用。黄铁矿在泥土、淤泥或沙子中形成并被掩埋的越多，氧气含量就越高。研究人员在马里兰州切萨皮克湾沿岸的九个地点测量了黄铁矿，这些地点可作为早期海洋条件的代表。即使只有几厘米沉积物混合的地点，黄铁矿的含量也大大高于没有混合的地点和混合程度较深的地点。戈麦斯说，这些发现挑战了以前的假设，即黄铁矿与沉积物混合之间的关系在不同生境和不同时期都保持不变。传统观点认为，随着动物在海底掘洞搅动沉积物，新出土的黄铁矿会暴露在水中并被氧气破坏，这一过程最终会阻止氧气在大气和海洋中积累。混合沉积物被视为氧气水平保持稳定的证据。新数据表明，少量沉积物在含氧量极低的水中混合，会使埋藏在地下的黄铁矿、硫和有机碳接触到足够的氧气，从而启动更多黄铁矿的形成。"这有点像金发姑娘。条件必须恰到好处。你必须有一点混合，让氧气进入沉积物，但又不能太多，以至于氧气破坏了所有的黄铁矿，没有净积累，"文章第一作者、约翰霍普金斯大学博士候选人 Kalev Hantsoo 说。当研究人员将黄铁矿与沉积物混合深度之间的这种新关系应用到现有模型中时，他们发现氧气水平在数百万年中保持相对平稳，然后在古生代期间上升，奥陶纪期间出现急剧上升。研究人员说，额外的氧气很可能促成了奥陶纪生物多样性大事件，当时新物种迅速繁衍。戈麦斯说："一直以来，我们都在思考氧气水平如何与历史上进化力量加快、地球上生命更加多样化的时刻相关联。寒武纪时期也曾发生过大规模的物种分化事件，但新的模型让我们能够排除氧气的影响，而把注意力集中在那个时期可能推动进化的其他因素上。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1016/j.gca.2024.04.018 ... PC版： 手机版：

哈佛科学家发现人类大脑进化的隐藏催化过程：食物发酵技术

哈佛科学家发现人类大脑进化的隐藏催化过程：食物发酵技术 但是，为什么会发生这样的变化，是什么促使了这种变化的发生却一直让人难以捉摸。有人认为，火的使用以及随后烹饪的发明为我们的祖先提供了足够的营养，使我们的大脑袋祖先成为了主宰，而一种新的理论则指出了不同的火种：发酵。饮食在大脑进化中的作用最近发表在《自然-通讯生物学》（Nature CommunicationsBiology）上的这项研究的作者之一艾琳-赫希特（Erin Hecht）说，了解我们的大脑是如何成长的关键很可能在于我们吃了什么以及如何吃。人类进化生物学助理教授说："脑组织的新陈代谢非常昂贵，它需要大量的热量来维持运转，而对于大多数动物来说，是否有足够的能量来维持生存一直是个问题。因此，大脑壳的澳特罗皮斯人要想生存下来，它们的饮食必须有所改变。所提出的理论包括这些人类祖先所食用的食物发生了变化，或者，最流行的说法是，烹饪的发现使他们能够从任何食物中获取更多可用的卡路里。"发酵假说示意图。资料来源：Erin Hecht但这一理论的问题在于，最早的证据表明，火的使用是在大约 150 万年前，大大晚于类人猿大脑的发育。"我们祖先的颅容量在 250 万年前开始增大，保守地说，在脑容量增大和烹饪技术可能出现之间，我们的时间线大约有 100 万年的差距，"论文共同作者之一、现任法国艾克斯-马赛大学语言、交流和大脑研究所研究员的凯瑟琳-布赖恩特（Katherine L. Bryant）解释说。"无论他们的饮食发生了什么变化，都必须发生在大脑开始变大之前。其他一些饮食习惯的改变一定释放了新陈代谢对大脑大小的限制，而发酵似乎可以满足这一要求"。在过去的几年中，研究人员提出了其他看法，例如食用腐烂的肉类。在这篇新论文中，Hecht 和她的团队提出了一个不同的假设：贮藏（或保存）的食物会发酵，这种"预先消化"的食物提供了一种更容易获得的营养形式，为更大的大脑提供了燃料，使我们的大脑袋祖先能够通过自然选择生存和繁衍。"这种转变可能是个意外，不一定是有意为之，"Hecht 认为。"这可能是储藏食物的意外副作用。而且，随着时间的推移，传统或迷信可能导致了促进发酵或使发酵更稳定或更可靠的做法"。人类的大肠在比例上小于其他灵长类动物，这一事实支持了这一假设，表明人类适应了已经通过发酵的化学过程分解的食物。此外，从欧洲的葡萄酒和奶酪到亚洲的酱油和纳豆，发酵食品遍布所有文化和所有食物类别。赫希特建议，对大脑对发酵和非发酵食物的反应进行更多的研究可能会有所帮助，对嗅觉和味觉受体的研究也可能会有所帮助，或许可以利用古DNA。对于进化生物学家来说，这些都是其他研究人员可以利用的肥沃领域。(赫希特的研究重点是"大脑回路是如何进化以支持复杂行为的"，他对活人和狗都进行了研究）。随着研究的深入，布赖恩特认为发酵食品有可能带来广泛的益处。她说："这一假设也让我们科学家有更多理由去探索发酵食品对人体健康和维持健康肠道微生物群的作用。近年来已经有很多研究将肠道微生物组与身体健康和心理健康联系在一起"。" ... PC版： 手机版：

科学家关注蝙蝠群聚交换免疫基因带来病毒耐受性的进化的现象

科学家关注蝙蝠群聚交换免疫基因带来病毒耐受性的进化的现象 德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院（VMBS）的 Nicole Foley 博士说："了解蝙蝠是如何进化出病毒耐受力的，可能有助于我们了解人类如何才能更好地对抗新出现的疾病。作为基因组学家，我们的工作常常为直接研究病毒传播的科学家的研究奠定基础。他们可能正在开发疾病疫苗或监测易感动物种群。我们相互依赖，才能在下一次大流行中保持领先。"一只正在捕食的鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学学院由于蝙蝠通常对其携带的疾病具有免疫力，福里和兽医综合生物科学系教授比尔-墨菲博士认为，研究蝙蝠的疾病免疫力可能是预防下一次全球大流行的关键。福里说："由于 COVID-19 大流行，预测和预防疫情爆发成为研究人员和公众的首要任务。有几种蝙蝠对危害人类健康的病毒有耐受性，这意味着它们会成为疾病的贮藏库它们携带病毒，但关键是它们不会出现症状"。长耳鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院为了准确揭示蝙蝠是如何进化出对这些致命病毒的耐受力，弗利、墨菲和他们的国际研究伙伴绘制了蝙蝠的进化树图，他们知道这对于试图确定哪些基因可能参与其中至关重要。"鼠耳蝠是哺乳动物中的第二大属，有 140 多个物种，"她说。"它们几乎遍布世界各地，并寄生着多种多样的病毒。鼠耳蝠和其他蝙蝠物种在交配期间也有成群行为，这给弄清物种间的关系增加了困难。"在一起栖息的长耳鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学学院Foley 说："你可以把群体行为想象成社交聚会；这里有大量的飞行活动、更多的交流和物种间的交融，对蝙蝠来说，这和去夜总会没什么两样。"让研究人员感到复杂的是，蝙蝠群会产生更多的杂交种父母来自不同物种的个体蝙蝠。Foley 说："鼠耳蝠的问题在于种类繁多，大约有 130 种，但它们看起来都非常相似。很难将它们彼此区分开来，而杂交则使区分变得更加困难。如果我们想弄清楚这些蝙蝠是如何进化的，从而了解它们的疾病免疫力，那么能够分辨出谁是谁就非常重要了。"长耳鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院有鉴于此，为了绘制出鼠耳蝠之间的真实关系图，弗利和墨菲首先解开了杂交的遗传密码，这样他们就能更清楚地分辨出哪些物种是鼠耳蝠。她解释说："我们与爱尔兰、法国和瑞士的研究人员合作，对60种蝙蝠的基因组进行了测序。这使我们能够弄清DNA中哪些部分代表了物种的真实进化史，哪些部分是杂交产生的。"解决了这部分难题后，研究人员终于能够更仔细地研究遗传密码，看看它如何可能揭示疾病免疫。他们发现，免疫基因是蜂拥时物种间最频繁交换的一些基因。"对于研究人员来说，群聚行为一直是个谜，"Foley 说。"现在我们对这种特殊行为进化的原因有了更好的理解也许是为了促进杂交，这有助于在整个种群中更广泛地传播有益的免疫基因变体。"Nicole Foley 博士和 William Murphy 博士。资料来源：德克萨斯农工大学兽医和生物医学科学学院Foley 和 Murphy 的发现为我们提出了关于杂交在进化中的重要性的新问题。Foley指出："杂交在我们的发现中所起的作用比我们预想的要大得多。这些结果让我们不禁要问，迄今为止，杂交在多大程度上掩盖了基因组学家对哺乳动物进化史的了解。现在，我们希望找出哺乳动物之间发生杂交的其他情况，看看我们能了解它们之间的关系，甚至基因组是如何以及为什么会以这种方式组织起来的。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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：

研究发现狗鼻子“生来平等” 不同品种嗅觉无显著差异

研究发现狗鼻子“生来平等” 不同品种嗅觉无显著差异 尽管如此，有人提醒说，希望看到更多狗的数据和更广泛的基因分析，以确信所有品种的鼻子都相似。这项尚未经同行评审的研究，挑战了长期以来被吹捧的观点，即一些工作犬种，如德国牧羊犬、猎犬和拉布拉多寻回犬，与其他狗相比，具有特别发达的气味探测能力。相反，研究人员认为，这些狗在气味探测方面的成功可能源于几代人对该品种的训练。该研究的主要作者、美国加州大学洛杉矶分校的功能形态学家Deborah Bird说：“狗是哺乳动物中嗅觉最灵敏的物种，特别是某些品种的狗，嗅觉更强。”由于很难测试一些狗是否具有高超的嗅觉技能，还是只是善于听从指示。因此，Bird和同事选择通过检查家犬、狼和土狼的头骨及遗传物质来检验它们的气味探测能力。他们使用CT扫描创建了来自45种不同犬种的104个头骨的3D模型，再使用这些模型来测量头骨中被称为筛板的骨结构的面积。筛板上有嗅觉神经，嗅觉神经将气味信息传递到大脑。相对于哺乳动物的体型，筛板更大意味着嗅觉更好。研究人员还研究了能够表明哺乳动物嗅觉好坏的遗传参数。首先，他们深入研究了公开的狗基因组记录，并在111个家养品种以及27只狼和4只土狼的基因组中进行了调查，以找出每种动物有多少个嗅觉检测基因。接下来，他们观察了另外24个家养品种的口腔组织样本，以发现哪些基因编码了在嗅觉中起作用的蛋白质。根据这些测量结果，研究人员得出结论，家犬的鼻子可能不如狼和土狼灵敏。家犬包括在现代狗繁殖之前就存在的古老品种，如澳洲野狗和巴森基犬，以及我们熟悉的品种，如西班牙猎犬和柯基犬。研究人员没有发现遗传或骨骼证据表明某些家犬品种的鼻子比其他品种的好。相反，他们认为，一些狗的行为特征，如取悦他人或高耐力，使它们看起来比其他狗的鼻子更有辨识力。不过，这项研究没有在野外对狗进行测试。在野外，一些品种可能会因为耐力、可训练性或取悦人类的能力而在搜救行动或缉毒行动中表现出色。“我们认为，有些狗的嗅觉比其他狗更好，可能并不一定是因为它们的鼻子特别好，而是它们有兴趣用鼻子帮助我们完成我们想让它们做的事情。”美国布罗德研究所的计算生物学家Elinor Karlsson说。相关论文信息： ... PC版： 手机版：

研究：嗅觉会影响人类对颜色感知

研究：嗅觉会影响人类对颜色感知 一项新研究发现，嗅觉会影响人类对颜色的感知，例如当人们闻到不同气味时，眼中的“颜色”会随之改变。 新华社星期天（10月8日）报道，这项发表在国际学术期刊《心理学前沿》上的新研究发现，人类大脑会“整合”视觉、听觉、嗅觉等多种感官信息来理解周围环境。 此前已有研究发现，颜色会影响人们对气味的感知，例如人们可能会觉得橙色的饮料是橙子味的，而实际上饮料是樱桃味的。 为了探究气味是否会影响人们对颜色的感知，英国利物浦约翰·穆尔斯大学等机构的研究人员对24名嗅觉和色觉正常的成年人展开测试，其中包括11名男性和13名女性，年龄介于20岁至57岁。 受试者需面对屏幕上的一个正方形色块，并通过手动调整滑块，把正方形调成中性灰色。同时，他们所在房间会被随机注入咖啡、焦糖、柠檬等不同物体的气味。 结果显示，当受试者闻到咖啡气味时，他们眼中的“灰色”更偏红棕色；当闻到焦糖、柠檬等的气味时，他们眼中的“灰色”也和真正的中性灰色有所出入；而在没有特殊气味的情况下，他们辨识出了真正的中性灰色。 研究员说，这表明气味的确会影响人们对颜色的感知，但这种影响的程度还有待进一步研究，例如闻到不太常见的气味，人们又会如何感知颜色。