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：

加利福尼亚水域发现两个新的七鳃鳗品种

加利福尼亚水域发现两个新的七鳃鳗品种 加州大学戴维斯分校的研究人员在加利福尼亚州发现了两个潜在的七鳃鳗新物种，凸显了生物多样性和生态学的重要意义，敦促人们进一步探索这些古老的无颌鱼类。研究结果表明，这种古老的动物在加利福尼亚的多样性远远超出了人们的想象，这可能会对管理这些无颌鱼产生影响。七鳃鳗在食物链中发挥着关键作用，同时还能改善水质，为水道增加养分。"我们发现了从未报道过的多样性，"博士候选人格蕾丝-奥林格（Grace Auringer）说，她是这篇期刊论文的第一作者。"我们在纳帕河和阿拉米达溪发现了两组鱼类，它们的基因与西海岸的其他样本有很大不同。"研究发现，在该州已知的八个物种中，一些被认为是独立物种的物种很可能不是。研究建议开展更多研究，进一步确定新物种。加州大学戴维斯分校基因组变异实验室的 Auringer 说："这是一类真正未被充分研究的鱼类。"实验室的研究附属人员马修-坎贝尔（Matthew"Mac"Campbell）说，七鳃鳗是一种无骨、无颌、身体像鳗鱼的鱼类，其历史可以追溯到 3.5 亿多年前。七鳃鳗的幼虫期长达 3 到 9 年，从指甲盖大小到大约 6 英寸长不等，而且分辨不出不同的种类。在这一阶段，它们是滤食性动物。随着年龄的增长，一些七鳃鳗开始寄生，通过一圈锋利的牙齿吸食猎物的血和肉，而另一些则完全停止进食，可能靠储存能量为生，有些成年七鳃鳗会洄游，有些则不会。实验室的研究主要集中在萨克拉门托-圣华金河流域、旧金山湾和克拉玛依河流域的 19 个地区，目的有三：确定每个地区的物种；确定目前的分类是否准确反映了加州七鳃鳗的多样性；比较七鳃鳗与其他本地鱼类的分布情况。来自水源保护区、州政府机构和公用事业部门的工作人员走访了各个流域，剪下一小块七鳃鳗鳍，并将其保存在乙醇中，以便在加州大学戴维斯分校进行分析。研究人员还从哥伦比亚河部落间鱼类委员会（Columbia River Inter-Tribal Fish Commission）获得了存档的组织样本。科学家们从这些样本中分离出了一个特定的线粒体基因细胞色素 b。利用一小段DNA，他们能够根据共享或不同的 DNA 序列确定样本的物种类型和进化关系。"我们看到的多样性数量相当惊人，"Auringer 说。"这为今后的研究提供了无限的可能性，我认为，在我们失去这些独特的种群之前，发现并了解它们非常重要。"长期以来，人们一直认为西部地区的七鳃鳗种群数量正在减少，加利福尼亚州有记载的八种七鳃鳗（属于Lampetra和Entosphenus 属）被列为特别关注物种。研究中新发现的两个物种属于七鳃鳗属（Lampetra），这为该州的七鳃鳗研究增添了更多的复杂性。了解确切的物种有助于改进管理方法、保护种群以及支持生态系统和食物网。对于一些原住民来说，七鳃鳗既具有重要的文化意义，也是一种食物和营养来源。七鳃鳗幼体过滤并捕食藻类和其他有机物，帮助改善水质、维护河床并在整个系统中循环营养物质。洄游的成鱼在产卵后会运送营养物质。鸟类、鱼类和一些水生哺乳动物以七鳃鳗幼鱼和成鱼为食。遗传变异实验室副主任阿曼达-曼迪-芬格（Amanda"Mandi"Finger）说："加州健康的鳟鱼溪流通常都有七鳃鳗，因此有利于七鳃鳗的保护措施也有利于鳟鱼的繁衍。"如果不了解七鳃鳗的基本遗传多样性，就无法保持七鳃鳗物种的复杂性并提高其恢复能力。这项研究强调了进行更多研究的必要性，包括基因组测序，以便更好地了解和界定新的潜在七鳃鳗物种和其他种群。曾在三角洲管理委员会工作、现供职于州水资源部的帕斯卡尔-戈尔特勒（Pascale Goertler）为这项研究做出了贡献。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：

耶鲁大学化学家从海洋生物中分离出独特的抗癌分子

耶鲁大学化学家从海洋生物中分离出独特的抗癌分子 将近三十年前，研究人员在原产于热带水域的一类海洋无脊椎动物 - 苔藓虫内发现了一组独特的抗癌化合物。这些分子的化学结构由氧化环和氮原子组成，结构复杂而密集，引起了全世界有机化学家的兴趣，他们希望在实验室中从头开始重新创造这些结构。然而，尽管付出了相当大的努力，这仍然是一项难以实现的任务。现在，耶鲁大学的一个化学家小组在《科学》杂志上撰文指出，他们采用一种将创造性的化学策略与最新的小分子结构测定技术相结合的方法，首次成功合成了其中的八种化合物。"这些分子一直是合成化学领域的一项杰出挑战，"耶鲁大学文理学院米尔顿-哈里斯（Milton Harris），化学教授、新研究的通讯作者塞斯-赫松（Seth Herzon）说。"许多研究小组都曾试图在实验室中重现这些分子，但它们的结构非常致密、错综复杂，因此一直无法实现。从本世纪初我还是一名研究生的时候，我就一直在阅读有关合成这些化合物的文章"。在自然界中，这些分子存在于某些种类的外肛动物门动物体内，它们是小型水生动物，通过细小的触手过滤水中的猎物。全世界的研究人员都认为苔藓虫是新药物的潜在宝贵来源，许多从苔藓虫中分离出来的分子已被研究用作新型抗癌剂。然而，分子的复杂性往往限制了它们的进一步发展。赫松的研究小组研究了一种名为"Securiflustra securifrons"的贝类。他介绍说："大约十年前，我们曾研究过这些分子，虽然当时没有成功地再现它们，但我们对它们的结构和化学反应性有了深入的了解，这为我们的思考提供了依据。"新方法涉及三个关键的战略要素。首先，Herzon 和他的团队避免在整个过程的最后阶段构建反应性杂环（即吲哚）。杂环包含两个或两个以上的元素，而这种特定的环是众所周知的反应性环，会产生问题。其次，研究人员使用了被称为氧化光环化的方法来构建分子中的一些关键键。其中一种光环化反应涉及杂环与分子氧的反应，耶鲁大学的哈里-瓦瑟曼（Harry Wasserman）在 20 世纪 60 年代首次对这种反应进行了研究。最后，赫松和他的团队采用了微晶电子衍射（MicroED）分析来帮助观察分子结构。在这种情况下，传统的结构测定方法是不够的。新方法的成果是八种具有治疗潜力的新合成分子，并有望产生更多新化学物质。"就分子量而言，它们与我们实验室研究的其他分子相比并不算大。但从化学反应性的角度来看，它们是我们所面临的最大挑战之一"。赫松介绍说，同时他也是耶鲁大学癌症中心的成员，并在耶鲁大学医学院药理学和放射治疗学领域担任联合职务。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

神舟十八号乘组将在太空养鱼

神舟十八号乘组将在太空养鱼 还将开展90余项实（试）验，其中将实施国内首次在轨水生生态研究项目和国际上首次植物茎尖干细胞功能在轨研究。据介绍，神舟十八号乘组以斑马鱼和金鱼藻（为斑马鱼提供氧气）为研究对象，在轨建立稳定运行的空间自循环水生生态系统，实现我国在太空培养脊椎动物的突破。更重要的是，斑马鱼和人类基因有87%的高度相似性，是一种模式生物。选择斑马鱼将用于研究小型密闭系统中鱼和微生物的相互作用，此外，因为斑马鱼是脊椎动物，还可利用斑马鱼研究骨丢失现象，以及研究目的基因在脊椎动物中的表达和功能等等。除养鱼外，中国载人航天工程空间应用系统副总设计师钟红恩曾指出，将来还计划在空间站用小鼠进行实验。当中包括小鼠在太空中的生长实验，及小鼠在地面受精后在太空孕育的实验，希望通过这些实验研究人类在太空繁衍的可能性。 ... PC版： 手机版：

老基因，新花招：鳉鱼的悬浮生命科学

老基因，新花招：鳉鱼的悬浮生命科学 该研究结果发表在5月30日的《细胞》（Cell）杂志上，研究结果表明，鳉鱼在不到1800万年前通过共用起源于4.73亿年前的古老基因，发展出了休眠的能力。对比分析进一步证明，包括家鼠在内的其他动物在休眠期也有类似的基因表达模式。资深作者、斯坦福大学分子生物学家安妮-布鲁内说："整个程序就像白天和黑夜有正常状态下的生命，也有休眠状态下的生命。"一对鳉鱼。图片来源：Rogelio Barajas 和 Xiaoai Zhao鳉鱼的快速成熟和繁殖弗氏假鳃鳉比其他脊椎动物成熟得更快，即使在人工饲养条件下，成鱼的寿命也只有 6 个月左右。在它们的水上家园消失之前，这些鱼会迅速繁殖，但它们的胚胎会留在干泥中，准备来年降雨时孵化。胚胎停育也会发生在其他脊椎动物身上，包括鱼类、爬行动物和一些哺乳动物，但鳉鱼的停育非常极端，因为它持续的时间非常长（平均为 8 个月，实验室中长达 2 年），而且鳉鱼胚胎进入停育期的时间比其他动物要晚得多。加州大学旧金山分校的第一作者帕拉姆-普里亚-辛格（Param Priya Singh）说："这大致处于发育的中期，许多器官在这一阶段已经形成它们有正在发育的大脑和心脏，心脏在休眠期停止跳动，然后又重新开始跳动。据我们所知，鳉鱼是唯一能在发育后期如此晚期休眠的脊椎动物。"雄性鳉鱼。图片来源：Rogelio Barajas 和 Xiaoai Zhao休眠期的详细基因分析为了了解休眠进化，研究小组首先确定了弗氏假鳃鳉（Nothobranchius furzeri）在不同发育阶段的基因表达特征。他们重点研究了被称为"旁系亲属"的基因复制拷贝，因为基因复制是新基因起源和特化的主要机制之一。总的来说，研究人员发现了 6247 对旁系亲属在休眠期表现出特化的基因表达模式。令人惊讶的是，据他们估计，大多数休眠期特化基因都是"非常古老"的旁系亲属，起源于4.73亿年前。布鲁内特说："尽管休眠进化的时间相对较短，但专门用于休眠的基因却非常古老。我们发现，鳉鱼中大多数专门用于休眠的基因都是非常古老的旁系亲属，这意味着它们在所有脊椎动物的共同祖先中都有复制。"物种间的比较分析由于弗氏假鳃鳉、南美鳉（Austrofunduluslimnaeus）（也会出现休眠）和两种不会出现休眠的鳉鱼：五线旗鳉（Aphyosemion striatum）和琴尾旗鳉（Aphyosemion austral）的胚胎基因表达进行了比较。他们发现弗氏假鳃鳉和南美鳉的基因表达模式有明显的重叠，这两种鱼的停歇进化是相互独立的，但在两种非停歇物种中却没有发现。同样，研究人员还发现了小家鼠（Mus musculus）胚胎在休眠期基因表达模式的显著相关性，并表明小鼠的休眠期特化基因也有非常古老的起源。辛格说："这表明，在远亲物种之间，使停歇得以实现的相同机制被反复采用，以实现停歇的进化。"接下来，研究人员探索了这些休眠期特化基因在鳉鱼体内的调控方式。他们发现了几种控制休眠期基因表达模式改变的关键转录因子，包括REST和FOXO3，已知这两种转录因子在哺乳动物冬眠（一种不同的休眠形式）期间也会表达。值得注意的是，这些调控基因中有几个涉及脂质代谢，而脂质代谢在休眠期具有独特的特征。"休眠的关键因素之一是这种特殊的脂质代谢，"布鲁内特说。"在休眠期，它们的甘油三酯和长链脂肪酸含量似乎要高得多，这是一种储存形式，也可能有助于长期保护生物体膜。"停滞期研究的未来方向研究小组计划继续研究不同物种如何调节休眠，并深入挖掘脂质代谢在休眠和其他类型的悬浮状态中的作用。辛格说："这是一种非常复杂的状态，我认为我们只是触及了表面。我们想更深入地研究休眠期如何调节脂质代谢的具体方面，我们也有兴趣研究特定细胞类型在休眠期的作用。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：