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：

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：

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：

科学家为困惑古生物学家150年的神秘巨骨揭开新谜底

科学家为困惑古生物学家150年的神秘巨骨揭开新谜底 巨大的鱼龙浮尸在海面上的复原图。在欧洲各地的海洋沉积物中都发现了鱼龙的残骸。图片来源：Marcello Perillo / 波恩大学1850 年，英国博物学家塞缪尔-斯塔奇伯里在一份科学杂志上报告了一个神秘的发现：在布里斯托尔附近的化石矿藏 Aust Cliff 发现了一块巨大的圆柱形骨头碎片。此后，类似的骨头碎片在欧洲各地都有发现，包括北莱茵-威斯特法伦州的博嫩堡和法国普罗旺斯地区。2 亿多年前，这些地区被淹没在巨大的海洋之下，海洋覆盖了西欧和中欧的大片地区。沉积物中保存着当时动物世界的化石遗骸，包括海洋和沿海居民。关于这些大型骨骼化石属于哪一类动物至今仍存在一些争议。斯塔奇伯里在对首次发现的化石进行研究时认为，这些化石来自一种已灭绝的类似鳄鱼的陆地生物迷齿亚纲（labyrinthodontia）。然而，这一假设遭到了其他研究人员的质疑，他们认为这些化石来自长颈龙、剑龙或一个仍然完全未知的恐龙类群。长期以来，人们一直不清楚这些骨骼化石来自哪种动物。现在的新研究表明，它们来自鱼龙。图片来源：Marcello Perillo/波恩大学由蛋白质纤维组成的不寻常组织马塞洛-佩里洛解释说："早在 20 世纪初，其他一些研究人员就已经推测这些化石可能是巨大鱼龙的化石。"这位年轻的研究员在波恩大学地球科学研究所马丁-桑德（Martin Sander）教授领导的研究小组中对这一理论进行了研究，这是他硕士论文的一部分。作为工作的一部分，他研究了化石骨组织的微观结构。他说："相似物种的骨骼一般具有相似的结构。因此，骨组织学骨组织分析可以用来得出结论，说明该发现源自哪个动物群。"研究人员使用改装过的钻头，能够在不破坏珍贵化石的情况下取出骨头碎片。由此获得的薄薄的骨骼横截面使研究微观结构成为可能。图片来源：Deborah Hutchinson/布里斯托尔博物馆和艺术馆佩里洛首先从至今尚未分类的骨骼中提取样本。他说："我比较了英格兰西南部、法国和博嫩堡的标本。它们都显示出一种非常特殊的特性组合。这一发现表明，它们可能来自同一动物群"。然后，他用一种特殊的显微镜证明，骨壁具有非常不寻常的结构：它含有矿化胶原蛋白（一种蛋白质纤维）的长链，这些长链以一种独特的方式交织在一起，而这种交织方式在其他骨骼中尚未发现。具有类似结构的鱼龙骨骼有趣的是，加拿大的大型鱼龙化石也具有非常相似的骨壁结构。佩里洛强调说："然而，这种结构在我研究过的其他动物群的化石样本中并没有发现。因此，看来这些碎片也极有可能属于鱼龙，而且这些发现驳斥了这些骨头来自陆生恐龙的说法"。这些化石很可能来自海洋生物的下颚。通过将化石碎片的大小与该动物群中其他物种的下颚进行比较，可以推断出这些动物的长度：正如鱼龙理论的支持者在早些时候的一项研究中最初推测的那样，它们的长度可能达到 25 米到 30 米。佩里洛说："不过，这个数字只是估计，还远远不能确定直到我们找到更完整的化石遗骸。尽管如此，这些化石肯定异常巨大。"最早的鱼龙生活在距今约 2.5 亿年前的三叠纪早期的古海洋中。像鲸鱼一样大的鱼龙很早就出现了，但最大的鱼龙大约在 2.15 亿年前才出现。在 2 亿多年前的三叠纪末期，几乎所有鱼龙物种都灭绝了。它们骨壁的不寻常结构类似于碳纤维增强材料可能使骨骼非常稳定，同时允许快速生长。佩里洛说："即使动物正常进食，这些巨大的下颚也会受到强大的剪切力。这些动物也有可能用鼻子撞击猎物，类似于今天的虎鲸。不过，目前这还只是纯粹的推测。"编译自: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：

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：