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：

科学家揭开珊瑚发生同步产卵现象的关键因素

科学家揭开珊瑚发生同步产卵现象的关键因素 用于装饰和研究的珊瑚珊瑚生物学与繁殖鉴于珊瑚的分支形状或挥舞的卷须，你会把它们想象成海洋中的树木。但实际上，它们是由小海葵组成的群落，其中一些形成了坚固的结构，这通常就是我们在珊瑚礁中看到的熟悉形状。由于它们不是植物，因此不使用种子繁殖，而是像动物一样用卵子和精子繁殖。不过，它们的繁殖方式很神秘，也很少见。产卵前的 Acropora 珊瑚。图片来源：©2024 Maruyama Lab珊瑚产卵事件的启示东京大学综合生物科学系副教授丸山伸一郎说："珊瑚集体产卵是指珊瑚在满月后的几天内同步释放卵子和精子，这是世界上最壮观的繁殖活动之一。然而，尽管进行了几十年的研究，同步产卵的环境驱动因素仍不清楚。珊瑚产卵的数据非常稀少，通常每年只有一次。将如此稀少的数据放入一个能够解释整体产卵模式的模型中一直是不可能的，但我们终于找到了一种可行的方法。"珊瑚产卵研究面临的挑战直接在珊瑚的自然栖息地研究珊瑚产卵在理论上是可行的，但在实践中却极具挑战性。研究人员需要在珊瑚床周围安装各种类型的坚固环境传感器，并每天潜水进行观察。这既昂贵又不切实际，而且风险很大，尤其是在夜间和恶劣天气下。Maruyama和他的团队寻求另一种方案，并找到了水族馆的形式，特别是冲绳 Churaumi 水族馆。产卵后的 Acropora 珊瑚。图片来源：©2024 Maruyama Lab来自水族馆的宝贵数据Maruyama 说："冲绳 Churaumi 水族馆保存了 Acropora 珊瑚（一种常见于日本最南端冲绳县的造礁珊瑚）15 年的珊瑚产卵记录，但这些数据以前从未被用于此类研究。通过收集、解释和查询这些数据，我们发现珊瑚利用降雨、太阳辐射和水温等多种环境输入来调整产卵时间，并使之同步，以达到产卵高峰期。水温似乎是决定每年机会窗口的主要触发因素"。未来研究与应用这项研究具有潜在的应用价值，如更准确地预测珊瑚产卵和评估可能影响珊瑚繁殖的环境变化。了解珊瑚的繁殖活动对于维护珊瑚礁生态系统和保护相关海洋生物至关重要。但是，既然水族馆可以提供研究人员通过实验和观察难以获得的珍贵数据，为什么以前没有进行过这方面的探索呢？"水族馆是研究资源的宝库，拥有大量未经开发的宝贵数据。另一方面，一些科学家倾向于认为水族馆不能真正反映自然，也不像实验室那样井井有条。我们对这种认识上的差距以及那些被隐藏、被忽视、有时甚至被忽视的可能性感到着迷。在这里，我们分析了过去的数据，建立了一个符合这些数据的模型。下一步，我们计划制作一个数学模型，以预测未来自然界中的产卵事件。" ... PC版： 手机版：

科学家破解140年前南极巨型海蜘蛛繁殖之谜

科学家破解140年前南极巨型海蜘蛛繁殖之谜 夏威夷大学马诺阿分校的研究人员对南极洲巨型海蜘蛛的繁殖行为有了重大发现，揭示了巨型海蜘蛛的发育过程，并为更广泛的海洋生态系统提供了启示。这项研究涉及在冰下观察交配行为和卵的发育，标志着在了解这些以"极地巨人"著称的生物方面取得了突破性进展，并对全球海洋生物学产生了影响。资料来源：R. Robbins海蜘蛛，或称pycnogonids，是在全球海洋栖息地发现的一类类似蜘蛛的无脊椎动物。大多数物种比指甲还小，但一些南极物种的腿展（一条腿的顶端到另一条腿的顶端）超过一英尺。这些动物是"极地巨人症"的一个著名例子。"极地巨人症"是指极地地区（如北极和南极）的某些生物比气候温暖地区的同类长得大得多的现象。""在大多数海蜘蛛中，父母中的雄性会在婴儿发育期间抱着它们四处走动来照顾它们，"马诺阿大学生命科学学院教授兼首席研究员艾米-莫兰（Amy Moran）说。"奇怪的是，尽管描述和研究可以追溯到140多年前，但从来没有人见过南极巨型海蜘蛛育雏，也不知道它们的发育情况。"莫兰的实验室研究极地巨型动物已有十多年。2021 年 10 月，莫兰和生命科学学院博士生亚伦-托（Aaron Toh）和格雷厄姆-洛贝特（Graham Lobert）等人组成的研究小组在南极洲进行实地考察时，发现了一个突破性的发现。他们潜入冰下，用手收集了似乎正在交配的巨型海蜘蛛群，并将它们运送到水箱中进行观察。左起：Graham Lobert、Aaron Toh 和 Amy Moran。图片来源：马诺阿大学令他们惊讶的是，两个不同的交配群体产下了数千枚小卵。父母中的一方（很可能是父亲）没有像大多数海蜘蛛那样带着孩子直到孵化，而是花了两天时间将卵附着在岩石底部，让它们在那里发育数月，然后孵化成小幼虫。研究人员的发现发表在2024年2月的《生态学》上。Toh说："我们非常幸运能够看到这一切。有机会在南极洲直接与这些神奇的动物一起工作，意味着我们可以学到一些从未有人想到过的东西"。产卵后几周内，卵上长满了微型藻类，提供了完美的伪装。洛贝特说："即使我们知道卵在那里，我们也几乎看不到它们，这可能就是研究人员以前从未见过这种情况的原因。"莫兰在一次研究潜水中，捡到一只大海蜘蛛。资料来源：R. Robbins英国南极调查局的著名南极生物学家劳埃德-佩克（Lloyd Peck）没有参与这项研究，他说："南极海洋物种的一般生态学和繁殖生物学仍然是一个未知数，我们只掌握了少数物种的数据，因此，像这样的论文对于揭示动物在世界海洋中研究最少的地区之一是如何运作的，具有相当重要的意义。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现塑料垃圾的扩散范围超出了已知海洋垃圾带

科学家发现塑料垃圾的扩散范围超出了已知海洋垃圾带 在最近的一项研究中，亥姆霍兹环境研究中心（UFZ）的一个研究小组与阿尔弗雷德-魏格纳研究所（AWI）合作，在太平洋的一个偏远海洋保护区发现了大量塑料垃圾和微塑料。这些塑料垃圾和微塑料的数量与世界上已知的最大垃圾区之一中发现的数量相似。研究人员强调，塑料的分布范围比预期的要广泛得多。整个海洋生态系统都受到了威胁。因此，他们呼吁全球尽快停止向海洋排放塑料。这项研究发表在《环境科学与技术》上。来自 neuston 网的样本，其中含有大量不同的塑料颗粒（2019 年北太平洋考察）。资料来源：UFZ问题的范围和研究结果"海洋中的塑料是一个严重的问题。每年都有数百万吨的塑料通过河流、风力、航运和捕鱼进入海洋，并在海洋中存留。目前还很难评估其对海洋生态系统造成的后果，"MICRO-FATE 项目协调人、德国联邦科学院环境化学家安妮卡-雅克（Annika Jahnke）教授说。塑料在海洋中的分布情况如何？哪些区域尤其受到影响？有没有无塑料区？塑料在靠近源头或远离源头的大洋中具有什么样的特性？雅克和她的研究团队对这些问题进行了研究。德国 RV SONNE 号侧面拖曳的 Neuston 网，在穿越北太平洋时收集海面漂浮的塑料样本。图片来源：Philipp Klöckner / UFZ2019 年，在德国"Sonne"号科考船上进行的为期五周的考察中，研究人员采集了北太平洋温哥华（加拿大）和新加坡之间的地表水样本。研究小组根据夏威夷大学的一个预测模型（Surface CUrrents from a Diagnostic model (SCUD)）选择了沿航道的采样站。该模型可以计算出特定海域可能存在的塑料含量。Jahnke 说："我们选择了预测塑料负荷较高和较低的站点进行调查。有些站点位于已经进行过深入研究的区域，如所谓的太平洋大垃圾场。我们还想调查大洋中几乎没有被探索过的区域。例如，我们在夏威夷西北部的一个海洋保护区帕帕哈瑙木卡海洋国家纪念碑采集了样本。"研究小组采用了两种不同的方法来确定地表水中的塑料含量。第一种是垃圾调查，由两名科学家组成的小组在"松恩"号的甲板上对船只航行过程中肉眼可见的塑料制品进行计数，并记录其形状和大小。第二项调查是在海面拖曳纽斯顿网，在九个站点采集样本。用 neuston 网收集到的部分塑料微粒，显示出很大程度的风化以及大小、形状和颜色的多样性。图片来源：Annika Jahnke / UFZ"网眼大小为 0.3 毫米。这使我们不仅能收集较大的物品，还能收集较小的塑料微粒，以确定直径小于 5 毫米的微塑料的数量，"该研究的主要作者、UFZ 研究员 Robby Rynek 说。"每个样本中的塑料颗粒都按大小进行了分类和计数。然后，我们使用一种特殊形式的红外光谱对颗粒进行化学分析，并根据其外观估计其风化状态"。塑料暴露在阳光、风、海浪和海水中的时间越长，风化和分解的程度就越大。其他研究表明，较大的未降解塑料物品和颗粒主要出现在塑料入海的地方。颗粒被运得越远，其风化程度就越高，体积就越小。"这正是我们调查的结果。不出所料，我们在被称为太平洋大垃圾场的地区采集的样本中发现了最多的塑料，"Rynek 说。"然而，这些塑料制品并没有以任何方式形成塑料地毯，密集地覆盖整个表面。在考虑塑料清除技术时，这一点非常重要，因为这种技术必须覆盖广阔的区域，才能收集大量塑料。大多数塑料都是小碎片，它们会逃过渔网，或者只能通过大量的动物'副渔获物'来收集，"合著者之一、来自 AWI 的 Melanie Bergmann 博士说。因此，减少塑料的排放至关重要。用 neuston 网采集的样本特写，显示塑料微粒与相当多的动物"副渔获物"。图片来源：Annika Jahnke / UFZ"我们的研究结果最令人惊讶，同时也最令人担忧的是，我们在夏威夷西北部偏远的海洋保护区发现了同样大量的特别小的微塑料。这是我们始料未及的。根据预测模型的计算，这一区域的塑料数量应该少得多，"Rynek 说。"微塑料在海洋中的分布范围很可能比之前假设的要远得多。实际上，我们在所有采样站都发现了塑料。没有一个样本是没有塑料的。因此，我们不能认为塑料主要是在已知的积聚区造成问题这个问题要大得多，实际上会影响整个海洋生态系统。"今年，联合国会员国打算通过一项具有法律约束力的全球性《塑料条约》，以阻止海洋中的塑料污染。伯格曼说："作为独立的科学家，我们作为科学家联盟的一员，为有效的塑料条约向联合国会员国代表提供建议。"除了通过避免生产不必要的塑料产品和推广再利用系统来大幅减少塑料产量外，许多研究人员还认为，需要简化和改进塑料产品的化学成分。这是确保安全再利用和提高回收率的唯一途径。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现活跃于1.5 亿年前的鳐鱼物种Aellopobatis bavarica化石

科学家发现活跃于1.5 亿年前的鳐鱼物种Aellopobatis bavarica化石 Aellopobatis bavarica：新发现的物种，完整的化石仅产于德国。该物种也是所有物种中体型最大的，可长到 170 厘米。资料来源：Türtscher 等人（2024 年，图 4）这项研究极大地扩展了人们对这些古老软骨鱼类的了解，并提供了对过去海洋生态系统的进一步认识。在她的新研究中，维也纳大学古生物学研究所的古生物学家朱莉娅-蒂尔茨彻（Julia Türtscher）研究了侏罗纪晚期的 52 种鳐鱼化石。这些鳐鱼化石距今已有 1.5 亿年的历史，当时欧洲大部分被海洋覆盖，只有少数几个岛屿，相当于今天的加勒比海。侏罗纪晚期的标本对科学家来说尤为珍贵，因为它们是已知保存完整的最古老的鳐鱼标本之一。由于浑身软骨的鳐鱼化石通常只会保留牙齿，这种罕见的骨骼发现为了解鳐鱼的早期演化提供了令人兴奋的线索。尽管人们对这些保存异常完好的化石（来自德国、法国和英国）已经了解了一段时间，但它们在很大程度上还未被探索过。Türtscher 的研究首次对这些鳐鱼的体形变化进行了全面分析。古生物学家 Julia Türtscher 在慕尼黑巴伐利亚州古生物学和地质学收藏馆，馆内展出了几件鳐鱼新物种的标本。资料来源：Patrick L. Jambura研究结果表明，晚侏罗世全形态（完全保存）鳐鱼的种类比以前想象的要多。Türtscher说："到目前为止，晚侏罗世仅确认了3种全形鳐鱼，但由于这项研究，现在共确认了5种鳐鱼。"根据他们的分析，研究人员确认了讨论已久的第四个物种，并记录和介绍了一个以前未被发现的新鳐鱼物种：Aellopobatis bavarica。这种鳐鱼可以长到 170 厘米长，以前被认为是体型更小的法国Spathobatis bugesiacus（60 厘米长）的大型形态。然而，通过对骨骼结构和身体形状的详细分析，科学家们能够证明Aellopobatis bavarica是一个独立的物种。新的研究结果还表明，这五种鳐鱼出现在非常有限的地区，但作者并不愿意妄下结论说这五种鳐鱼可能是地方特有物种：Türtscher解释说："对标本牙齿形态的进一步研究，以及随后与其他地点的孤立牙齿进行比较，可能有助于重建晚侏罗世鳐鱼的古地理分布。"这项新研究的结果不仅有助于了解上侏罗世鳐鱼的生物多样性和进化情况，而且对鉴定仅从孤立的牙齿中得知的鳐鱼物种化石具有直接影响。关于这些迷人动物的不断新发现，为我们了解过去海洋生态系统的动态提供了洞察力，并凸显了保存完好的化石在重建我们的地质历史中的重要性。"我们只有同时了解一个族群的过去，包括它的进化、它对随时间变化的环境因素的适应，以及这个族群在进化史上所面临的灭绝，才能对活着的物种得出准确的结论。古生物学知识使我们能够更好地了解物种进化和灭绝背后的动态，从而帮助我们为当今的濒危物种制定更有效的保护措施"，第二作者、维也纳大学古生物学研究所的 Patrick L. Jambura 说。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家用四十年前三文鱼罐头中的线虫回溯海洋环境变迁

科学家用四十年前三文鱼罐头中的线虫回溯海洋环境变迁 1921 年西雅图一家鱼罐头经销商的标签。新研究利用过去的鱼罐头来揭示海洋寄生虫的历史。图片来源：淡水和海洋图片库/华盛顿大学图书馆现任耶鲁大学皮博迪自然历史博物馆博士后研究员的娜塔莉-马斯蒂克（Natalie Mastick）说："我们必须真正打开思路，创造性地研究什么可以作为生态数据源。"作为西雅图华盛顿大学的一名博士生，马斯蒂克在研究阿拉斯加海洋食物网时使用了一个绝对非正统的来源：旧鲑鱼罐头。罐头里装着四种鲑鱼片，都是在阿拉斯加湾和布里斯托尔湾捕获的，捕获时间长达 42 年。马斯蒂克和她的同事解剖了 178 个罐头中保存的鱼片，并计算了鱼肉中Anisakid线虫（一种常见的微小海洋寄生虫）的数量。这些寄生虫在罐头加工过程中已经被杀死，如果被食用，不会对人类消费者造成任何危险。但是，计算蛔虫数量是衡量海洋生态系统状况的一种方法。从三文鱼罐头中发现的一种高度退化的线虫，刻度线为 0.5 毫米。图片来源：Natalie Mastick/华盛顿大学华盛顿大学水产与渔业科学副教授切尔西-伍德（Chelsea Wood）说："每个人都认为三文鱼里有虫子是事情出了问题的标志。线虫的生命周期整合了食物网的许多组成部分。我认为它们的存在是一个信号，表明你盘中的鱼来自一个健康的生态系统。"研究小组在 4 月 4 日发表在《生态学与进化》（Ecology & Evolution）杂志上的一篇论文中报告说，从 1979 年到 2021 年，大马哈鱼和粉红鲑的线虫存在bili有所上升，而库克鲑和红鲑的水平保持不变。论文第一作者马斯蒂克说："线虫的生命周期很复杂，需要多种类型的宿主。看到它们的数量随着时间的推移而增加，就像我们在粉红鲑和大马哈鱼身上看到的那样，这表明这些寄生虫能够找到所有合适的宿主并进行繁殖。这可能表明生态系统已经稳定或正在恢复，有足够多的合适宿主。"Anisakids线虫最初在海洋中自由生活。当它们被磷虾等小型海洋无脊椎动物吃掉时，就进入了食物网。当最初的宿主被其他物种吃掉时，线虫也会随之而来。例如，受感染的磷虾会被小鱼吃掉，而小鱼又会被大鱼（如鲑鱼）吃掉。如此循环往复，直到线虫最终进入海洋哺乳动物的肠道，并在那里繁殖。卵被排泄回海洋中孵化，又开始新一轮的循环。"德是这篇论文的资深作者，他说："如果没有宿主例如海洋哺乳动物Anisakids线虫就无法完成它们的生命周期，数量就会下降。伍三文鱼鱼片罐头中红色圈内的Anisakid线虫照片。图片来源：Natalie Mastick/华盛顿大学人类绝大多数情况下不能成为这种线虫的宿主。食用完全煮熟的鱼肉中的虫子几乎不会造成危险，因为虫子已经死亡。但是，如果生鱼或未完全煮熟的鱼中的线虫，也被称为"寿司虫"或"寿司寄生虫"被活活吃进肚子里，可能会引起类似食物中毒的症状或罕见的寄生虫感染。总部位于西雅图的海鲜产品协会（Seafood Products Association）向伍德和她的团队捐赠了这些三文鱼罐头。该协会不再需要这些罐头，因为它们每年都被留作质量控制之用。马斯蒂克和合著者、宾夕法尼亚州诺伊曼大学助理教授雷切尔-韦利奇（Rachel Welicky）尝试用不同的方法解剖罐头鱼片以寻找线虫。这种蠕虫大约有一厘米（0.4 英寸）长，往往盘踞在鱼的肌肉中。他们发现，用镊子将鱼片拉开后，研究小组就能借助解剖显微镜准确地数出蠕虫的尸体数量。粉红鲑和大马哈鱼中Anisakid线虫含量的上升有几种解释。1972 年，美国国会通过了《海洋哺乳动物保护法》，使海豹、海狮、逆戟鲸和其他海洋哺乳动物的数量在多年下降后得以恢复。马斯蒂克说："Anisakid线虫只能在海洋哺乳动物的肠道中繁殖，因此这可能表明，在我们的研究期间从1979年到2021年期间数量在上升，因为繁殖的机会增多了。其他可能的解释包括气温变暖或《清洁水法案》的积极影响。"库克鲑和红鲑中稳定的Anisakid线虫含量较难解释，因为同类物种有几十种，每种都有自己的一系列无脊椎动物、鱼类和哺乳动物宿主。虽然罐头加工过程完整地保留了Anisakid的外壳，但却破坏了其解剖结构中较柔软的部分，而这些部分本可以用来识别单个物种。马斯蒂克和伍德相信，这种方法可以用来研究沙丁鱼等其他罐头鱼体内的寄生虫含量。他们还希望这个项目能帮助建立新的、偶然的联系，从而进一步了解过去的生态系统。伍德说："这项研究是因为人们通过小道消息听说了我们的研究。我们只有通过联网和建立联系来发现未开发的历史数据来源，才能对过去的生态系统有更深入的了解。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：