海洋生物学家在海底热液喷口与锰结核区发现意想不到的生物多样性

海洋生物学家在海底热液喷口与锰结核区发现意想不到的生物多样性 科学家们通过对海洋物种的详细收集和 DNA 分析，发现了深海环境，特别是热液喷口和锰结核周围意想不到的生物多样性。这些发现表明，结核内存在孤立和独特的物种以及潜在的生殖栖息地，凸显了这些区域的生态重要性。海洋生态学家萨宾-戈尔纳（Sabine Gollner）强调，鉴于这些独特物种面临灭绝的高风险，在考虑深海采矿时必须谨慎。图为海底锰结核区。资料来源：ROV KIEL6000 GEOMARNIOZ的海洋生态学家萨宾-高尔纳（Sabine Gollner）说："这项研究再次表明，在允许对这些栖息地中的矿物进行商业性深海开采之前，我们应该非常谨慎。"隔离动物在她的博士研究中，迪亚兹-雷西奥-洛伦佐研究了她在汤加岛附近澳大利亚和太平洋板块交界处的劳盆地热液喷口收集到的桡足类。她利用大型水下机器人，采集了大量这种在这些栖息地中占主导地位的虾类小动物。这些样本是从一个盆地内的不同地点采集的。通过DNA分析，她发现不同的种群生活在彼此隔离的环境中，种群之间几乎没有互动。在更远的盆地，她采集到了看起来相同的标本，但根据其 DNA 的组成，它们甚至应该被视为不同的物种。Coral Diaz-Recio Lorenzo（中）与法国潜水器 Nautile 一起潜水，从热液喷口采集样本。船只：Porquois Pas?图片来源：Christophe Brandily在结核上生活她研究的第二部分涉及从克拉里昂-克利珀顿区采集的锰结核样本，这是太平洋四五千米深处的一个大区域。她发现，在这些结核中，通常可以发现 10 到 15 个线虫、桡足类动物和其他动物个体，有时甚至超过 200 个。其中许多动物似乎是结核特有的，因为在这些结核周围采集的沉积物样本中没有发现它们。一些动物甚至可能将结核作为繁殖的栖息地，因为 Diaz-Recio Lorenzo 在结核内发现了虫卵。NIOZ 海洋生态学家萨宾-高尔纳（Sabine Gollner）是迪亚兹-雷西奥-洛伦佐博士研究的共同发起人，她对热液喷口周围和锰结核中发现的生命的独特性和多样性感到非常惊讶。"所研究的地点都是目前正在勘探矿物的区域。但这项研究表明，对于未来可能进行的深海采矿，我们应该格外小心，因为这些独特的物种有很高的灭绝风险"。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：

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：

科学家发现现存已知最古老的海洋植物 通过无性繁殖活跃了1400多年

科学家发现现存已知最古老的海洋植物 通过无性繁殖活跃了1400多年 这种创新的基因时钟检测法有可能被广泛应用于各种物种，包括珊瑚、藻类以及芦苇和覆盆子等陆生植物。他们的研究结果发表在《自然生态与进化》杂志上。基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel）海洋生态学教授、研究负责人托斯滕-罗伊施博士（Thorsten Reusch）解释说："无性繁殖作为一种替代性繁殖模式，在动物界、真菌界和植物界都很普遍。这些所谓的克隆物种通过分枝或出芽的方式产生基因相似的后代，其大小往往达到一个足球场或更大。不过，这些后代的基因并不完全相同。"GEOMAR 研究人员领导的研究小组之前的工作已经表明，体细胞突变会在无性繁殖后代中积累，这一过程与癌症类似。现在，Reusch 教授、Benjamin Werner 博士（伦敦玛丽女王大学）和 Iliana Baums 教授（奥尔登堡大学亥姆霍兹海洋生物功能多样性研究所）领导的研究小组利用这种突变积累过程开发出了一种新型分子钟，可以高精度地确定任何克隆的年龄。基尔大学的研究人员在罗伊施教授的领导下，将这一新颖的时钟应用于从太平洋到大西洋和地中海广泛分布的海草 Zostera marina（大叶藻）的全球数据集。特别是在北欧，研究小组发现克隆体的年龄可达数百年，与大橡树的年龄相当。最老的种群来自波罗的海，已有1402岁。尽管环境恶劣且多变，但这一无性繁殖出来的个体还是达到了如此高的年龄。波罗的海的海草种群，这不是一个生物种群，而是无性繁殖形成的。图片来源：Pekka Tuuri这些对克隆物种的新年龄和寿命估计填补了一个重要的知识空白。特别是在海洋生境中，珊瑚和海草等许多基本生境形成物种可以进行无性繁殖，它们的克隆体可以变得非常大。从母体克隆中不断产生基因相同但物理上分离的小芽或片段，意味着这些物种的年龄和大小是不相关的。现在，这项新研究提供了一种工具，可以对这些克隆进行高精度的日期测定。托尔斯滕-罗伊施说："这些数据反过来又是解决保护遗传学中一个长期存在的难题的先决条件，即为什么如此大的克隆能够在多变和动态的环境中持续存在。"一旦获得高质量的鳗草基因组信息，工作就可以开始了。这项研究的另一个关键因素是，加州大学戴维斯分校（UC Davis）的同事在他们的培养槽中保存了一个海草克隆长达 17 年之久，作为一个校准点。"这篇论文展示了癌症进化生物学家和海洋生态学家之间的跨学科互动如何能够带来新的见解，"昆士兰大学数学与癌症进化讲师本杰明-维尔纳（Benjamin Werner）博士说，他主要研究肿瘤的体细胞进化，而肿瘤也是克隆发育的。HIFMB 分子生态学家 Iliana Baums 教授补充说："我们现在可以将这些工具应用于濒危珊瑚，以制定更有效的保护措施，我们迫切需要这些措施，因为前所未有的热浪威胁着珊瑚礁。"托尔斯滕-罗伊施说："我们预计，延伸超过十公里的其他海草物种及其Posidonia属的克隆体将显示出更高的年龄，从而成为地球上迄今为止最古老的生物。这些将是下一个研究对象。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

生物发光与生物多样性：拉帕格拉海洋生态系统的启示

生物发光与生物多样性：拉帕格拉海洋生态系统的启示 大地遥感卫星 8 号上的陆地成像仪于 2024 年 5 月 15 日拍摄的拉帕格拉自然保护区卫星图像。这个地方往往更能抵御信风和北大西洋风暴带来的海浪。这里有一个相对宽阔的浅海大陆架，拉帕格拉的珊瑚礁是波多黎各最坚固的珊瑚礁。一组边缘礁和斑块礁与海岸平行。深绿色的红树林分布在海岸线上，并点缀着一些珊瑚岛。海草床从红树林向近海延伸，位于线状珊瑚礁的靠岸一侧。在这幅由陆地卫星 8 号上的陆地成像仪（OLI）于 2024 年 5 月 15 日获取的图像中，这些热带海洋生态系统的迹象清晰可见。该地区属于拉帕格拉自然保护区（La Parguera Natural Reserve）的保护范围，该保护区成立于 1970 年，是波多黎各的第二个海洋保护区。这里有遮蔽的浅水，珊瑚礁由软珊瑚（如海扇）和石珊瑚（如芥末山珊瑚）混合而成。多样的栖息地吸引着各种各样的鱼类以及浮潜者和潜水者。资料来源：Priscila Vargas-Babilonia/USGS生物发光现象拉帕格拉镇以东几公里处有一个小海湾，白天看起来毫不起眼，但到了晚上却是难得一见的壮观景象。由于这里有一种叫做甲藻的浮游植物，所以海水会发出蓝色的光。这些微小的生物发光体从周围的红树林中获取养分，当水受到搅动时，它们会因化学反应而发光。生物发光在大洋中很常见，许多生物都会发光，但在近岸环境中却很少见。甲藻需要一个不受温度、盐度或浑浊度突然波动影响的水域。拉帕格拉的避风处是波多黎各三个生物发光海湾之一，也是世界上仅有的五个生物发光海湾之一。环境挑战与世界上许多沿海地区一样，拉帕格拉也面临着多重环境威胁。例如，当海水温度过高时，珊瑚很容易出现白化现象。当珊瑚受到压力时，就会排出生活在其中的五颜六色的藻类，这可能会使珊瑚礁面临饥饿、疾病甚至死亡的危险。拉帕格拉岛的珊瑚礁在过去曾遭受过严重的白化现象，其中包括2005 年的一次显著现象，当时美国在加勒比海的珊瑚礁损失了一半。此外，沿海开发和森林砍伐的增加也导致水质恶化，因为沉积物和营养物质的输入量增加了。大型飓风，如 2017 年的"玛丽亚"，也会破坏珊瑚礁，扰乱生物发光海湾的微妙化学反应。美国国家航空航天局的海洋观测系统计划拉帕格拉和附近的库莱布拉岛是美国国家航空航天局OCEANOS计划的实地考察地点，该计划为波多黎各即将毕业的高中生和第一代本科生提供海洋学和海洋实地研究机会。OCEANOS 是"利用美国国家航空航天局（NASA）地球观测和科学为西班牙裔/拉美裔学生提供海洋社区参与和认识机会"的缩写，是一项为期一个月的暑期实习计划，对参与者进行遥感图像分析和海洋科学实地技术培训。除了学习珊瑚礁生态学和保护外，学生们还建立自己的生物光学野外仪器，对浮游生物进行采样，进行海岸生态学研究，并重新种植珊瑚礁。Michala Garrison 利用美国地质调查局提供的 Landsat 数据拍摄的 NASA 地球观测站图片。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

已知最早的皮肤化石令古生物学家感到震惊

已知最早的皮肤化石令古生物学家感到震惊 研究人员发现了一块三维皮肤化石碎片，它比之前描述的皮肤化石至少要早 2100 万年。这种皮肤属于古生代爬行动物的一个早期物种，表面呈鹅卵石状，与鳄鱼皮最为相似。表皮是陆生爬行动物、鸟类和哺乳动物皮肤的最外层，是过渡到陆地生活的重要进化适应。最近，《当代生物学》（Current Biology）杂志对这块化石以及从俄克拉荷马州理查兹斯普尔石灰岩洞穴系统采集的其他几块标本进行了描述。第一作者伊桑-穆尼（Ethan Mooney）是多伦多大学的一名古生物学研究生，本科时曾与多伦多大学的古生物学家罗伯特-雷兹（Robert Reisz）一起参与该项目，他说："这类发现可以真正丰富我们对这些先驱动物的理解和认识。"皮肤和其他软组织很少会成为化石，但研究人员认为，在这种情况下，皮肤有可能保存下来，因为洞穴系统具有独特的特征，其中包括减缓分解的细粘土沉积物、渗油以及可能是无氧环境的洞穴环境。皮肤化石 图片来源：《当代生物学》/Mooney 等人穆尼说："在二叠纪早期，动物会掉进这个洞穴系统，被埋在非常细的粘土沉积物中，从而延缓了腐烂过程。但最重要的是，这个洞穴系统在二叠纪期间也是一个活跃的石油渗漏点，石油中的碳氢化合物和焦油之间的相互作用很可能使这种皮肤得以保存下来。"发掘细节这块皮肤化石非常小，比指甲还小。多伦多大学密西沙加分校的 Tea Maho 是这块化石的合著者，她对化石进行了显微镜检查，发现了表皮组织，这是羊膜动物皮肤的标志，羊膜动物是陆生脊椎动物，包括爬行动物、鸟类和哺乳动物，在石炭纪由两栖类祖先进化而来。穆尼说："我们完全被眼前的景象震惊了，因为它完全不同于我们的想象。发现如此古老的皮肤化石是一次难得的机会，我们可以窥探过去，看看这些最早的动物的皮肤可能是什么样子的。"爬行动物的特征和进化意义这种皮肤具有古代和现存爬行动物的共同特征，包括与鳄鱼皮相似的鹅卵石表面，以及表皮鳞片之间的铰链区域，与蛇类和蠕虫蜥蜴的皮肤结构相似。不过，由于这块皮肤化石没有与骨骼或任何其他遗骸联系在一起，因此无法确定这块皮肤属于哪种动物或哪个身体区域。这种远古皮肤与今天的爬行动物皮肤相似，这表明这些结构对于在陆地环境中生存是多么重要。表皮是脊椎动物在陆地上生存的关键特征，它是身体内部过程和严酷外部环境之间的重要屏障。潜在的祖先联系和保护研究人员说，这种皮肤可能代表了早期羊膜动物中陆生脊椎动物的祖先皮肤结构，使鸟类的羽毛和哺乳动物的毛囊最终得以进化。这块皮肤化石和其他标本是由终身古生物学爱好者比尔和朱莉-梅在俄克拉荷马州的理查兹斯普尔收集的，这是一个石灰岩洞穴系统，也是一个活跃的采石场。理查兹斯普尔的独特条件保存了许多最古老的早期陆生动物标本。这些标本现存于安大略皇家博物馆。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：