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：

对所罗门群岛蹄蝠的遗传分析发现了意想不到的多样性

对所罗门群岛蹄蝠的遗传分析发现了意想不到的多样性 共同作者、昆士兰大学生物多样性研究所和自然历史博物馆鸟类学高级馆长罗布-莫伊尔（Rob Moyle）说："这是一种叫做Hipposideros（蹄蝠）的蝙蝠属，在太平洋的东南亚地区有多个物种。在所罗门群岛，我们进行了大量的实地考察，每个岛上都可能有四五个不同的物种，它们的体型大小各不相同。有小型、中型、大型或者如果有三个以上的物种，就有小型、中型、大型和特大型。在一个岛上就有五种，所以还有一种特小的"。罗伯-莫伊尔（Rob Moyle）也是昆士兰大学进化生物学教授，他说，以前的研究仅根据体型特征就得出结论，不同岛屿上体型相似的蝙蝠都属于同一物种。他说："从一个岛屿到另一个岛屿，中等大小的物种与其他岛屿的物种完全相同。生物学家们总是看着这些蝙蝠说，'好吧，这很明显。多个岛屿上分布着小型、中型和大型物种。'"所罗门群岛新乔治亚群岛沃纳沃纳泻湖中的岛屿。该岛群栖息着四种蹄蝠，其中包括在跨群岛趋同进化研究中出现的两种蹄蝠。资料来源：RG Moyle不过，莫伊尔和他的合作者迪拉德掌握了更多的现代分析方法。在对他们从野外收集到的蝙蝠（以及博物馆收藏的标本）进行DNA测序时，研究小组发现大型蝙蝠和特大型蝙蝠物种实际上并没有密切的亲缘关系。莫伊尔说："这意味着，这些种群并非因为亲缘关系密切而形成了相同的体型和外貌但我们通常认为，长得一模一样的东西之所以会这样，是因为它们真的亲缘关系密切。这就带来了一些问题，比如这些岛屿有什么独特之处，使不同岛屿上的体型和外貌趋同，形成真正稳定的体型等级。"研究小组对来自不同岛屿的蝙蝠进行了精确测量，证实了所罗门群岛科学家之前的工作。莫伊尔说："所有来自不同岛屿的大型生物在测量结果中都集中在一起。这不仅仅是早期的生物学家犯了一个错误。他们看着它们说，'哦，是的，它们是一样的'。而实际上它们并不一样。我们对它们进行了测量，它们都集中在一起，尽管它们是不同的物种。我们验证了某种程度上之前的形态学工作"。来自瓜达尔卡纳尔岛实地考察点的照片，展示了同域物种 H. diadema 和 H. dinops 之间的体型差异。资料来源：Lavery et al"当我们利用蝙蝠的DNA创建家族树时，我们发现，我们认为所罗门群岛只有一种大型蝙蝠，但实际上，在不同的岛屿上，大型蝙蝠多次从小型蝙蝠进化而来，我们认为，这些大型蝙蝠可能是为了捕食小型蝙蝠不吃的猎物而进化而来的。"迪拉德说，这项工作可能与保护工作"高度相关"，因为它可以确定这个类群中具有重要进化意义的单元。"体型曾误导了分类学，事实证明，每个岛上的特大蝙蝠种群在基因上都是独一无二的，值得保护。了解这一点真的很有帮助。森林砍伐是个问题。如果我们不知道这些种群是否独特，就很难知道我们是否应该努力保护它们。"从纯粹的理论层面来看，对叶鼻蝙蝠的新认识令人着迷。他说："我们研究的是导致生物多样性的进化过程。这表明大自然更加复杂。我们人类喜欢寻找模式，而研究人员则喜欢寻找适用于各种生物的规则。当我们发现这些规则的例外情况时，那就太酷了。我们可以在许多不同的岛屿上的许多不同类群中看到重复的模式一个大型物种和一个小型物种，或者两个密切相关的物种，它们在划分各自的生态位方面存在某种差异。我们发现有许多不同的进化情景都能产生相同的模式。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

古生物学家揭示毛犀灭绝的新线索

古生物学家揭示毛犀灭绝的新线索 毛犀牛曾广泛分布于欧亚大陆北部和中部，大约在 1 万年前灭绝。图片来源：Mauricio Anton由阿德莱德大学和哥本哈根大学科学家领导的一个国际研究小组利用计算机建模得出了这一发现，揭开了一个千古之谜。领衔作者、阿德莱德大学环境研究所的达米安-福特汉姆（Damien Fordham）副教授说："利用计算机模型、化石和古DNA，我们追溯了毛犀牛在欧亚大陆5.2万年的种群历史，其分辨率是以前认为不可能实现的。研究结果表明，从 3 万年前开始，气温下降和人类持续低度捕猎导致毛犀牛的分布向南收缩，在末次冰河时期末期，毛犀牛被困在一些孤立且迅速恶化的栖息地。随着地球解冻和气温升高，毛犀牛种群无法在欧亚大陆北部开辟的重要新栖息地定居，导致它们不稳定和崩溃，最终灭绝。"毛犀是巨型动物中的一个标志性物种，皮厚毛长，曾经在欧亚大陆北部和中部的猛犸象阶梯上漫步，大约在 1 万年前灭绝。相互矛盾的研究结果和对人类的影响最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的这一发现与之前的研究相矛盾，之前的研究发现人类在毛犀牛的灭绝中没有扮演任何角色尽管这种动物在灭绝前的几万年里一直与人类共存。哥本哈根大学全球研究所的埃琳-洛伦森（Eline Lorenzen）教授说："我们的分析所揭示的人口学反应的分辨率远远高于以往的基因研究。这使我们能够确定长毛犀牛与人类之间的重要互动关系，并记录这些互动关系在空间和时间上的变化。其中一种在很大程度上被忽视的互动是人类持续的低水平狩猎，可能是为了食物。"今天，人类也构成了类似的环境威胁。由于过度捕猎和人类改变土地用途，大型动物的种群已被挤到支离破碎和不理想的栖息地范围。在更新世晚期，有 61 种大型陆生食草动物（体重超过一吨）存活下来，其中只有 8 种现存于世。其中幸存的五个物种是犀牛。"我们的研究结果揭示了气候变化和人类活动是如何导致巨型动物灭绝的，"这项研究的共同作者、哥本哈根大学的大卫-诺格斯-布拉沃教授说。"这种认识对于制定保护战略以保护目前濒临灭绝的物种（如非洲和亚洲的脆弱犀牛）至关重要。通过研究过去的灭绝事件，我们可以为保护地球上仅存的大型动物提供宝贵的经验"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现气候变化对海洋生物的影响远超预期

研究发现气候变化对海洋生物的影响远超预期 红鳍柱颌针鱼（Strongylura notata）"躲藏"在加勒比海库拉索岛附近的海面下。资料来源：Juliette Jacquemont（该研究的共同作者）。领衔作者、荷兰皇家海洋研究所（NIOZ）的卡塔琳娜-阿尔特（Katharina Alter）解释了为什么对已发表的有关气候变化影响的研究结果进行总结和分析至关重要："为了更好地了解气候变化对全球的总体影响，海洋生物学家会计算气候变化对所有鱼类或所有无脊椎动物物种的影响。然而，在不同的单项研究中确定的影响可能会相互抵消：例如，如果蜗牛等无脊椎动物从某种环境变化中获益，而海胆等其他无脊椎动物则从中受损，那么尽管这两种动物群体都受到了影响，但无脊椎动物受到的总体影响却被认定为零"。事实上，由于气候变化，蜗牛吃得更多，而海胆吃得更少。这两种影响都很重要，甚至会产生连带效应：海胆的食物草皮藻会生长得更多，而腹足类的食物海带的生长则会减少。这两种无脊椎动物摄食量的不同导致生态系统从海带为主的生态系统转变为草皮藻为主的生态系统，从而改变了生活在这个生态系统中的所有其他动物的生存环境。"阿尔特博士与来自瓦赫宁根大学以及美国、法国、阿根廷、意大利和智利的其他12个研究机构的同事一起，开发出了新的研究方法，不再将看似矛盾的结果对立起来，而是利用这两种结果来确定气候变化对动物健康的影响。在使用这种方法之前，人们已经知道海洋变暖和海水酸性增强会在三个方面对鱼类和无脊椎动物产生负面影响：它们的生存机会减少，新陈代谢加快，无脊椎动物的骨骼变弱。利用这种新方法，国际海洋研究小组发现，气候变化对鱼类和无脊椎动物的其他重要生物反应产生了负面影响：生理、繁殖、行为和身体发育。阿尔特"因为这可能会导致影响海洋生态系统结构的生态转变，我们的研究结果表明，气候变化的影响可能会比之前想象的更大"。几十年来，空气中二氧化碳含量的增加导致海水温度升高、酸性增强，预计未来这一趋势还将继续。然而，其速度和程度尚不可知。阿尔特和她的同事们计算了三种预计的二氧化碳增加情景的后果，因此也计算了海洋变暖和海洋酸化的后果：极端增加、以目前速度适度增加以及由于可能采取的措施减缓增加。阿尔特介绍说："我们的新方法表明，如果海洋变暖和酸化继续按照目前的轨迹发展，鱼类和无脊椎动物物种中高达100%的生物过程都将受到影响，而之前的研究方法分别只发现了所有过程中约20%和25%的变化。"此外，研究还表明，减缓大气中二氧化碳含量的措施将有助于减少生物过程的变化：在低二氧化碳情况下，无脊椎动物中50%的反应和鱼类中30%的反应将受到影响。阿尔特认为，新方法的最大好处是，人们可以更详细地了解气候变化对物种的影响。"新的计算方法权衡了与当前状态的显著偏差，无论其方向如何是有利还是有害都将其视为海水变暖和酸化的影响。有了我们的新方法，您就可以纳入最广泛的测量反应，并发现传统方法中被掩盖的影响。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

综合数据库TetrapodTraits利用AI填补生物多样性数据中的长期空白

综合数据库TetrapodTraits利用AI填补生物多样性数据中的长期空白 四足动物特征（TetrapodTraits）是由研究人员开发的全球四足动物数据库。其数据现在可用于更好的生态学、进化和保护研究。巴西坎皮纳斯州立大学的马里奥-莫拉（Mario Moura）和美国耶鲁大学的沃尔特-杰茨（Walter Jetz）今天（7月9日）在开放获取期刊《PLOS Biology》上发表了这一研究成果。巴西的Phyllomedusa burmeisteri叶蛙等体型较小或夜间活动的物种在检测方面面临挑战，这也是自然史数据缺口的原因之一。图片来源：Mario R. Moura(CC-BY 4.0)包括两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物在内的四足动物通常都是有据可查的物种，这使它们在全球生物多样性研究中成为有用的模型。然而，我们对其中许多物种的了解存在差距、数据不一致以及学名的变化都会导致对生物多样性的结论出现偏差。为了帮助解决这个问题，研究人员创建了四足动物特征数据库（TetrapodTraits），这是一个包含 33000 多个四足动物物种的综合数据库，其中包括动物的体型、栖息地、生态系统、地理位置、活动时间以及是否受到人类威胁等特征。在编制数据库的过程中，研究人员发现了我们在全球四足动物知识方面的多个空白点。例如，如果动物的身体较小、在夜间活动或生活在热带地区，它们的数据就更有可能不完整。研究小组根据现有的观察结果预测缺失的数据，从而填补了这些空白。他们发现，使用完整的数据集改变了生物多样性模式，使人们了解到一个地区常见的物种种类。由于在探测树冠栖息或夜间活动的物种（如斯里兰卡的Loris tardigradus）时遇到困难，自然历史数据可能会出现缺口。图片来源：Alexander Pyron(CC-BY 4.0)这项新工作揭示了我们缺失的四足动物数据的规模，并对不同四足动物群的差距和偏差进行了全面评估。这一点非常重要，因为缺失和有偏差的数据会导致对生态系统的功能和物种灭绝风险得出错误的结论。研究人员总结说，虽然需要收集更多的数据，但 TetrapodTraits 可以减少四足动物生态学和保护研究结果的偏差。作者补充说："我们的研究利用人工智能来发现生物多样性数据中的偏差，并为提高实地研究和采样策略的有效性提供指导"。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

无颌海洋生物七鳃鳗与我们人类分享了大脑发育过程

无颌海洋生物七鳃鳗与我们人类分享了大脑发育过程 美国密苏里州斯托沃斯医学研究所（Stowers Institute for Medical Research）的一个研究小组在一项关于大脑发育的新研究中发现了一个惊人的发现，这意味着人类与五亿年前的一种无颌海洋生物七鳃鳗是表亲关系，这种生物的嘴是一个带齿的吸盘。大约在5亿年前，脊椎动物的起源出现了无颌和有颌的分裂，该研究的主要作者爱丽丝-贝多瓦（Alice Bedois）说。"我们想了解脊椎动物的大脑是如何进化的，以及有颌脊椎动物是否有无颌近亲所缺乏的独特东西。"这种生物就是七鳃鳗，一种原产于大西洋北部和西部的寄生鱼类。但与鳟鱼、鳕鱼和鲱鱼等"多骨"鱼类不同，七鳃鳗没有鳞片、鳍或鳃盖。它们还有一个吸盘式的嘴，嘴上环绕着锋利的牙齿，用来锁定到其他鱼类的身体，磨掉鱼体表的肉后，它们就能大快朵颐地吸食鱼的血液和体液。研究人员之前已经确定，调节七鳃鳗后脑结构的基因与包括人类在内的有颌脊椎动物的基因相同。后脑是一个复杂的协调中心，负责调节呼吸和心率等重要功能，在胚胎发育过程中，许多面部和头部结构都是在后脑形成的。然而，这些基因是一个相互关联的网络的一部分，需要一个分子"线索"来启动和引导后脑的构建过程。研究人员在七鳃鳗体内寻找到了这种线索：视黄醇，即通常所说的维生素 A。贝多瓦说："我们发现，不仅是相同的基因，而且相同的线索也参与了七鳃鳗后脑的发育，这表明这一过程是所有脊椎动物的祖先。"研究人员已经知道，视黄醇可以诱导复杂物种后脑形成所需的基因回路，但他们惊讶地发现，这种原始的吸面海洋生物也是如此。这一发现证明，七鳃鳗与人类的亲缘关系比预期的要密切得多。该研究的通讯作者罗伯-克鲁姆劳夫说："人们认为，因为七鳃鳗没有下颌，所以它们的后脑不像其他脊椎动物那样形成。我们已经能够证明，大脑的这一基本部分是以与小鼠甚至人类完全相同的方式构建的"。研究人员说，了解视黄醇提供的线索如何用于形成脊椎动物正常的头部和面部结构，对于理解这一过程如何在疾病状态下出错非常重要。他们在下面的视频中讲述了他们的发现的意义。研究似乎提出了更多需要回答的问题。贝多瓦说："我们都源自一个共同的祖先。七鳃鳗提供了另一条线索。现在，我们需要追溯到更远的进化时期，以发现支配后脑形成的基因回路是何时开始进化的。"这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：