新研究揭示复杂的绿色生物出现于十亿年前

新研究揭示复杂的绿色生物出现于十亿年前 研究中调查的不同藻类的液体样本，全部储存在哥廷根大学的藻类培养收藏馆中。图片来源：Tatyana Darienko他们的研究使他们能够回到过去，研究早在陆地植物出现之前就已出现的藻系。他们的研究结果修正了人们对一组丝状藻类陆地殖民者关系的认识，这些丝状藻类比陆地植物还要古老得多。利用现代基因测序数据，研究人员将多细胞性的出现时间精确到了近十亿年前。研究结果发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上。这项研究的重点是藻类Klebsormidiophyceae，这是一类以能够在全球不同生境定居而闻名的绿藻。研究小组进行了广泛的取样，调查了从溪流、河流和湖岸到沼泽、土壤、天然岩石、树皮、酸性采矿后场地、沙丘、城市墙壁和建筑物外墙等各种栖息地。丝状藻类 Klebsormidium crenulatum 的显微镜图像，这是一种陆栖藻类，由于细胞壁很厚，因此具有很强的抗干燥能力。(比例尺为 10 微米，相当于 0.01 毫米）。图片来源：Tatyana Darienko哥廷根大学微生物学和遗传学研究所的塔季扬娜-达连科博士说："这些微小健壮的小生物在形态上具有如此高的多样性，而且还能很好地适应有时非常恶劣的生活环境，这真是令人着迷。"这次全面采样的目的是绘制克雷伯虫藻的全球分布图，强调它们的适应性、生态意义和隐藏的多样性。根据化石校准的遗传数据，研究人员进行了"分子钟分析"。在深入研究Klebsormidium藻复杂的进化史时，研究人员面临着使用传统标记解析系统发育关系的挑战。为了克服这一难题，他们采用了从来自不同大陆和栖息地的 24 个分离物的转录组中获得的数百个基因。莱布尼兹生物多样性变化分析研究所的 Iker Irisarri 博士解释说："我们的方法被称为系统发生组学，是通过考虑整个基因组或基因组的大部分来重建进化史。这种极其强大的方法可以非常精确地重建进化关系"。多细胞藻类 Streptosarcina arenaria 的显微镜图像，它是另一种陆生藻类，栖息于干旱和热带地区。(比例尺为 10 微米，相当于 0.01 毫米）。图片来源：Tatyana Darienko他们的研究揭示了一种新的生命系统发生组学树，该树分为三个纲。哥廷根大学应用生物信息学博士研究员 Maaike Bierenbroodspot 说："对系统发生组框架和分子时钟的深入研究揭示了 Klebsormidiophyceae 的远古祖先一个在数百万年前茁壮成长的多细胞实体，其后代在 8 亿多年前开始分成三个不同的分支。"这些结果被用来探索链格藻多细胞性的进化历史。研究表明，陆生植物、其他链格藻和Klebsormidiophyceae藻的古老共同祖先已经是多细胞的。哥廷根大学微生物学和遗传学研究所的 Jan de Vries 教授总结道："这一发现揭示了链格藻多细胞性的遗传潜力，表明这一关键特征起源于近十亿年前的远古时代。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

“基因程序”让所有植物的祖先征服了旱地

“基因程序”让所有植物的祖先征服了旱地 哥廷根大学培养的两株 Zygnema。C 表示叶绿体，N 表示细胞核，P 表示类核。单细胞丝含有两个叶绿体和一个细胞核。现在，在内布拉斯加-林肯大学的领导下，一个由来自全球 20 个研究机构的 50 名科学家组成的团队绘制了四株古老的Zygnema藻类的基因组图谱，揭开了最早陆地植物的基因创新之路。内布拉斯加大学林肯分校的计算生物学家、该研究的共同通讯作者尹彦斌说："这是一个进化的故事。它回答了最早的陆生植物是如何从水生淡水藻类进化而来这一根本问题。"基因组测序是确定生物体完整遗传物质（DNA）的过程，并将其组装成一个可计算的表示形式。它为研究物种进化和了解遗传多样性提供了宝贵的资源。如果全基因组测序是在基因所在的染色体水平上进行的，则会更有用。绘制海藻基因组图谱揭示了陆生植物的进化过程 Klára Plíhalová/Wikimedia CommonsCC BY-SA 4.0研究人员利用德克萨斯大学奥斯汀分校的藻类培养库中的两个样株和德国哥廷根大学的两个样株，组建了四个多细胞藻类样株。Zygnema属于淡水和半陆生藻类Zygnematophyceae（双星藻属），有4000多个已描述的物种，能适应紫外线、极端干燥和冰冻等极端压力。陆生植物的一个显著特点是它们的多细胞体。多细胞基因与对环境压力的反应密切相关，为植物的适应性奠定了基础。研究人员利用尖端的DNA测序技术，生成了完整的染色体级藻类基因组。通过将这些基因组与其他植物和藻类的基因组进行比较，研究人员发现了双星藻属的基因创新。他们发现了涉及生长和发育、细胞分裂、细胞壁生物合成和重塑的"基因程序"，以及由环境线索触发的基因。基因的共同表达表明，它们共同感知环境并相应地调节植物生长。"我们的基因网络分析揭示了基因的共同表达，特别是那些在陆生植物和裸子植物最后的共同祖先中扩展和获得的细胞壁合成和重塑基因，"Yin说。"我们揭示了平衡环境响应和多细胞细胞生长机制的深层进化根源"。研究人员说，他们的发现将引发进一步的研究，这对生物能源、水的可持续性和碳封存都有重要意义。哥廷根大学的共同通讯作者扬-德-弗里斯（Jan de Vries）说："我们不仅为整个植物科学界提供了宝贵的高质量资源，使他们现在可以探索这些基因组数据，而且我们的分析还发现了环境反应之间错综复杂的联系。"这项研究发表在《自然遗传学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家发现两种益生菌能促进狗狗减肥

科学家发现两种益生菌能促进狗狗减肥 美国微生物学会期刊《微生物频谱》（Microbiology Spectrum）最近发表的一项研究显示，研究人员发现两种益生菌株能有效减轻肥胖犬的体重。在这项新研究中，研究小组调查了伴侣动物的代谢疾病，并着手确定适合长期安全治疗的益生菌。这项研究的主要研究者、韩国首尔国立大学农业与生命科学学院农业生物技术系教授、博士生导师金英勋（Younghoon Kim）介绍说，最初的挑战是选择特定的代谢疾病进行研究，这让他们把重点放在了'宠物肥胖症'这一普遍问题上。值得注意的是，全球老年宠物的肥胖症发病率较高，约占各年龄组宠物总数的 50%。这些宠物中有很大一部分正在接受治疗，包括饮食干预。Kim说："在这种情况下，我们团队启动了实验，主要目标是找出能够降低宠物体内脂肪比例的益生菌。主要目标之一是提高人们对进一步研究宠物专用益生菌的迫切需要的认识，同时强调潜在应用的益生菌种类繁多。"益生菌在宠物健康中的作用除了认识到益生菌在解决特定问题方面的作用，金还主张认识到益生菌在治疗伴侣动物多种疾病方面的广泛可能性。Kim说："通过提高人们的这种认识，我的愿望是促进科学界更多的关注、资助和合作，以探索益生菌在宠物健康中的广泛应用。"为了确定适合伴侣动物的候选益生菌，Kim 及其同事仔细研究了幼犬和老龄犬肠道微生物群组成的变化，发现老龄犬体内乳酸菌、双歧杆菌和肠球菌的数量有所下降。在这一洞察力的指导下，他们决定采用这些特定菌株。特定益生菌株的成功实验在实验阶段，他们将这些选定的菌株、粪肠球菌IDCC 2102 和乳双歧杆菌IDCC 4301 与高脂肪饮食一起喂给一组小猎犬。结果令人信服，证明了这些菌株在减少体内脂肪和纠正肥胖引起的肠道微生物菌群失衡方面的有效性。Kim说："我们精心挑选的菌株在降低狗的体脂率方面取得了显著的成功。这些菌株的与众不同之处在于，它们不仅能限制饮食摄入或促进排泄以减轻体重，更重要的是，它们还能激活能量代谢。即使暴露于高热量饮食中，我们也观察到体重下降、皮下脂肪堆积减轻以及能量代谢增加。这证实了人体新陈代谢的方向已转向脂肪消耗，而不是脂肪堆积。"重要的是，由于脂肪堆积通常会导致全身炎症和激素代谢紊乱，这项研究揭示了值得注意的改善。在摄入选定菌株的小组中，研究人员观察到炎症水平降低，胰岛素分泌等基本代谢活动增强。此外，研究人员还成功地增加了共生细菌的比例，这些细菌通常驻留在人体内，起到抵御有害细菌和提高免疫力的作用。尤其令人鼓舞的是，这些变化并非转瞬即逝。相反，它们会在狗的体内持续存在，确保观察到的积极变化能够长期保持。这种持久的影响强调了将这些益生菌株纳入伴侣动物健康方案的潜在长期益处。随着饲养伴侣动物的人越来越多，人们对健康功能食品，尤其是针对宠物益生菌的认识也在不断提高。尽管人们对益生菌的兴趣与日俱增，但与针对人类的研究相比，针对所有伴侣动物（包括本研究中的狗类）的定制益生菌研究仍然明显不足。"虽然适合人类消费或商业牲畜的益生菌类型已经确定和确立，但伴侣动物缺乏标准化指南是一个明显的缺陷，"Kim 说。"我们的研究旨在解决这一不足，努力扩大适用于各种环境下宠物的益生菌范围。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识 Anthony Burnett说:“坦率地说，我们对将酵母转化为光养生物(能够利用光能的生物)是多么简单感到震惊。我们所需要做的就是移动一个基因，它们在光照下的生长速度比在黑暗中快2%。没有任何微调或精心的哄骗，它就是有效的。”很容易地为酵母配备这样一个进化上重要的特征，可能对我们理解这种特征是如何起源的意义重大，以及如何将其用于研究生物燃料生产、进化和细胞老化等问题。寻找能量提升这项研究的灵感来自于该小组过去研究多细胞生命进化的工作。该小组去年在《自然》杂志上发表了他们的第一份关于多细胞长期进化实验(MuLTEE)的报告，揭示了他们的单细胞模式生物“雪花酵母”是如何在3000代的时间里进化出多细胞的。在这些进化实验中，出现了多细胞进化的一个主要限制:能量。“氧气很难扩散到组织深处，因此你得到的组织没有能力获得能量。”“我一直在寻找绕过这种基于氧的能量限制的方法。”在不使用氧气的情况下给生物体提供能量的一种方法是通过光。但是从进化的角度来看，将光转化为可用能量的能力是复杂的。例如，允许植物利用光作为能量的分子机制涉及许多基因和蛋白质，这些基因和蛋白质在实验室和自然进化中都很难合成和转移到其他生物体中。幸运的是，植物并不是唯一能将光转化为能量的生物。保持简单生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质:一种无需额外的细胞机制就能将光转化为能量的蛋白质。该研究的主要作者Autumn Peterson说:“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物体在进化过程中相互获取基因而获得的。”这种类型的基因交换被称为水平基因转移，涉及在不密切相关的生物体之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起看似巨大的进化跳跃，比如细菌如何迅速对某些抗生素产生耐药性。这可能发生在所有的遗传信息中，特别是在视紫红质蛋白中。“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中，我们发现我们可以通过将其转移到常规的单细胞酵母中来了解过去在进化过程中发生的视紫红质水平转移。”为了观察他们是否能给单细胞生物配备太阳能视紫红质，研究人员将一种由寄生真菌合成的视紫红质基因添加到普通的面包酵母中。这种特殊的基因被编码为一种视紫红质，这种视紫红质会被插入细胞的液泡中，液泡是细胞的一部分，像线粒体一样，可以将视紫红质等蛋白质产生的化学梯度转化为能量。配备了空泡紫红质，酵母在光照下的生长速度大约快了2%这对进化来说是一个巨大的好处。“在这里，我们有一个单一的基因，我们只是把它跨环境拉到一个以前从未有过光养性的谱系中，它就这样工作了。”“这表明，这种系统真的很容易，至少有时，在一个新的有机体中发挥作用。”这种简单性提供了关键的进化见解，研究人员说明了“视紫红质能够轻易地在如此多的谱系中传播，以及为什么会这样”。由于空泡功能可能有助于细胞衰老，该小组也开始合作研究视紫红质如何能够减少酵母的衰老效应。其他研究人员已经开始使用类似的新型太阳能酵母来研究推进生物生产，这可能标志着生物燃料合成等方面的重大进步。然而，这一团队更热衷于探索这种额外的好处如何影响单细胞酵母向多细胞生物的转变。“我们有这个美丽的简单多细胞模型系统，”Burnett说，他指的是长期运行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)。“我们想给它光营养，看看它是如何改变它的进化的。” ... PC版： 手机版：

澳大利亚新发现两种本地啮齿动物

澳大利亚新发现两种本地啮齿动物 澳大利亚国立大学（ANU）和澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的基因研究在澳大利亚发现了两个新的本地啮齿动物物种，强调了开展具体保护工作的必要性，并突出了该物种独特的生态作用。上图为Pseudomys pilbarensis。图片来源：Ian Bool但澳大利亚国立大学和澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究人员认为，这其中可能有更多的故事。主要作者、澳大利亚国立大学的 Emily Roycroft 博士说，我们现在知道实际上有三个不同的物种。"多亏了新的基因技术，我们已经确认纤小鼠是三个物种，而不是一个。确定未被描述的物种并为它们正式命名，这对确保它们得到适当的照顾大有裨益"。罗伊克罗夫特博士说，虽然未经训练的肉眼可能很难将这两个物种区分开来，但这一发现对小鼠的未来意义重大。罗伊克罗夫特博士说："这两个新物种没有得到任何保护或研究方面的关注，因为我们不知道它们的存在。例如，我们不知道是否由于将所有三个物种作为一个整体进行评估，导致种群数量下降而未被发现。纤小鼠一直不是保护的重点但这是因为人们认为它的分布范围比实际大三倍。这将使我们能够重新进行评估。"罗伊克罗夫特博士说，纤小鼠与您在家中或后院可能遇到的老鼠在几个重要方面有所不同。"家鼠、黑鼠和褐鼠是自欧洲殖民以来传入澳大利亚的入侵物种。它们在进化和生态学上都与本地啮齿类动物大相径庭。它们与本地物种争夺资源，"她说。"纤小鼠是澳大利亚本土啮齿类动物的一部分，在过去的五百万年里一直在澳大利亚进化。它们是澳大利亚自然环境和生态系统的重要组成部分。纤小鼠是澳大利亚最小的啮齿动物它们的体重只有六克，所以鼠如其名，它们真的很小。"研究还发现，无论是干旱的沙漠还是森林，纤小鼠都能很好地适应环境。现在，这三个物种的通用名称将指明它们的生活区域：西部纤小鼠或皮尔巴拉纤小鼠、东部娇小鼠和北部纤小鼠。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员将藻类改造成"马匹" 让它们拉动微型马车

研究人员将藻类改造成"马匹" 让它们拉动微型马车 研究人员设计出了由单细胞藻类团队推动的微型载具，就像由微型骏马拉动的绿色小车。该项目由东京大学的研究人员领导，他们创造了两种由藻类驱动的微型机械，分别被称为"旋转器"和"滑板车"。这些微小的载体将活泼的莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）捕获在三维打印的篮状结构中，莱茵衣藻是一种在世界各地都能找到的运动型绿藻。研究小组利用一种名为"双光子立体光刻"的专业三维打印技术制造出了这种0.001毫米的微小装置。最棘手的部分是优化藻阱的设计，使其既能紧紧抓住海藻，又能为附肢留出足够的回旋空间来推动机器，科学家们通过两种飞行器设计克服了这一难题。第一个是旋转器模型，四个藻阱排列成风车状，为旋转运动提供动力。单个藻类的巡航速度可达每秒 100 多微米。然而，在四个藻类参与的情况下，转轮的平均速度大约在每秒 20 到 40 微米之间。第二种滑板车设计有两个面向前方的篮子，每个篮子装有一条海藻，研究人员预计这两个篮子将推动机器沿直线运动。与旋转器的平滑旋转运动不同，滑板车显示出"不稳定的滚动和翻转"，而不是直线运动。领衔作者 Haruka Oda 说："这促使我们进一步研究多个藻类的集体运动如何影响微型机械的运动。"这种生物兼容系统的一个主要优点是，3D 打印载体和藻类都不需要进行非自然的改造。生物体只需自由游入打印出的陷阱，无需花哨的引导结构。研究人员尚未确定这些微型车的最长功能持续时间。虽然单个莱茵衣藻细胞只能存活几天就会分裂产生四种新的藻类，但在测试过程中，原型机运行了几个小时都没有出现问题。该研究的下一步工作包括改进旋转装置，使其具有更高的旋转速度，并通过进一步研究藻类的运动如何影响机器的运动，设计出新的、更复杂的藻类移动模型。负责指导该项目的竹内昌司教授解释说，这项技术使他们能够将藻类的运动置于显微镜下，从而了解藻类是如何协调的。他说，展望未来，他们可以将其发展成为一个全天然系统，用于环境监测，甚至通过利用藻类运输污染物或营养物质来净化水环境。 ... PC版： 手机版：