科学家发现能在火星环境下生存的沙漠苔藓

科学家发现能在火星环境下生存的沙漠苔藓 中国科学院新疆生态与地理研究所的科学家发现了一种能在火星环境下生存的沙漠苔藓。极端环境生物是生命的奇迹，代表着生命对环境的极限适应能力。为了适应极端环境（干燥、寒冷、高温、辐射等），它们演化出了令人惊叹的特殊“本领”，是极其珍贵的战略生物资源。极端生物及其适应性的研究对于探索生命奥秘、揭示地球生命起源与演化、实现地外星球拓殖等均有重要意义。研究团队聚焦于一种沙漠苔藓齿肋赤藓（Syntrichia caninervis），揭示齿肋赤藓的生存极限及适应策略，研究表明该藓能耐受自身 98% 以上的细胞脱水、-196°C 超低温速冻、5000 Gy 以上伽马辐照而不死，且在火星模拟条件（650±30 Pa，-60°C ~20°C，95%CO2，多种 UV 辐射）下仍能存活并再生出新的植株。这一研究刷新了极端生命体对环境的“耐受”新记录，为人类探索外太空、打造宜居星球提供灵感，并为开拓地外新家园提供理想“利器”。 via Solidot

科学家发现脊髓神经机制带来的惊人记忆能力

科学家发现脊髓神经机制带来的惊人记忆能力 日本理化学研究所脑科学中心的竹冈绫（Aya Takeoka）及其团队确定了脊髓中独立于大脑促进运动学习的神经通路。他们的研究结果发表在4月11日的《科学》（Science）杂志上，研究人员发现了两组关键的脊髓神经元，一组是新的适应性学习所必需的，另一组则是学习后回忆适应性的神经元。这些发现可以帮助科学家开发出帮助脊髓损伤后运动恢复的方法。科学家们早就知道，即使没有大脑，脊髓的运动输出也可以通过练习进行调整。这一点在无头昆虫身上得到了最显著的体现，它们的腿仍然可以通过训练来避开外界的提示。到目前为止，还没有人搞清楚这是如何做到的，如果不了解这一点，这种现象就只能是一个怪异的事实。正如武冈解释的那样："如果我们想了解健康人运动自动性的基础，并利用这些知识改善脊髓损伤后的恢复，那么深入了解其潜在机制是至关重要的。在这项研究中，将肢体位置与不愉快经历联系起来的脊髓仅在 10 分钟后就学会了调整肢体位置，并在第二天保留了记忆。而随机接受不愉快经历的脊髓则不会学习。资料来源：理化学研究所在深入研究神经回路之前，研究人员首先开发了一种实验装置，使他们能够在没有大脑输入的情况下研究小鼠脊髓的适应性，包括学习和回忆。每次试验都有一只实验鼠和一只后腿自由悬垂的对照鼠。如果实验鼠的后腿下垂过多，它就会受到电刺激，模仿小鼠想要避免的动作。对照组小鼠在同一时间接受同样的刺激，但与自己的后腿位置无关。即时学习和记忆保持观察仅仅过了 10 分钟，他们就观察到只有实验小鼠进行了运动学习；它们的腿仍然高高抬起，避免了任何电刺激。这一结果表明，脊髓可以将不愉快的感觉与腿部位置联系起来，并调整其运动输出，使腿部避免不愉快的感觉，而这一切都不需要大脑。24 小时后，他们重复了 10 分钟的测试，但将实验小鼠和对照组小鼠颠倒过来。原来的实验小鼠仍然保持着抬腿的姿势，这表明脊髓保留了对过去经历的记忆，从而干扰了新的学习。在脊髓中建立了即时学习和记忆之后，研究小组开始研究使这两种学习和记忆成为可能的神经回路。他们使用了六种类型的转基因小鼠，每种小鼠都有一组不同的脊髓神经元被禁用，并对它们进行了运动学习和学习逆转的测试。他们发现，脊髓顶端的神经元失效后，小鼠后肢无法适应以避免电击，尤其是那些表达Ptf1a基因的神经元。当他们在学习逆转过程中对小鼠进行检查时，发现沉默表达 Ptf1a 的神经元没有任何效果。相反，脊髓底部腹侧的一组表达En1基因的神经元却起了关键作用。当这些神经元在学习回避的第二天被沉默时，脊髓就像从未学习过任何东西一样。研究人员还在第二天通过重复最初的学习条件来评估记忆回忆。他们发现，在野生型小鼠中，后肢比第一天更快稳定地到达回避位置，这表明它们已经记住了。在回忆过程中激发En1神经元可将这一速度提高80%，表明运动回忆能力增强。竹冈说："这些结果不仅挑战了运动学习和记忆仅局限于大脑回路的普遍观点，而且我们还证明了我们可以操纵脊髓运动记忆，这对旨在改善脊髓损伤后恢复的疗法具有重要意义。" ... PC版： 手机版：

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密 研究表明，茶叶的品质不仅取决于茶树的品种，还取决于茶树根部的微生物，改变这些微生物群落可以提高氨基酸含量，从而显著改善茶叶品质。"通过微生物组学研究，我们在不同品质的茶树根部发现了微生物群落的显著差异，尤其是与氮代谢相关的微生物，"中国福建农林大学的许通达说。"最关键的是，通过从优质茶树根系中分离和组装合成微生物群落，我们成功地显著提高了不同茶树品种的氨基酸含量，从而改善了茶叶品质"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山茶叶栽培的挑战和微生物解决方案中国拥有丰富的茶树遗传资源。但是，研究人员解释说，通过分子遗传育种方法提高茶叶品质具有挑战性。人们有兴趣寻找其他方法来改造和提高茶叶品质，或许包括使用微生物制剂。早先的研究表明，生活在植物根部的土壤微生物会影响植物吸收和利用养分的方式。在新的研究中，研究人员希望进一步了解根部微生物对茶叶品质的具体影响。他们发现，茶叶根部的微生物会影响其对氨的吸收，进而影响茶氨酸的产生，而茶氨酸是决定茶叶口感的关键。他们还发现，不同茶叶中定植的微生物存在差异。通过比较茶氨酸含量不同的茶叶品种，他们确定了一组微生物，这些微生物有望改变氮代谢，提高茶氨酸的含量。接下来，他们构建了一个被称为"SynCom"的合成微生物群落，该群落与一种名为"Rougui"的高丙氨酸茶叶品种的微生物群落非常相似。当他们将 SynCom 应用于茶叶根部时，发现它提高了茶氨酸的水平。这种微生物还能让拟南芥这种常用于基础生物学研究的植物更好地耐受低氮条件。对农业的广泛影响该研究的合著者唐文新说："人们最初对从优质茶树根部提取的合成微生物群落的期望是提高劣质茶树的品质。然而，我们惊讶地发现，合成微生物群落不仅能提高低品质茶树的品质，还能对某些高品质茶叶品种产生显著的促进作用。而且，这种效果在低氮土壤条件下尤为明显"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山研究结果表明，合成微生物群落可以改善茶叶的品质，尤其是在缺氮的土壤条件下生长的茶叶。由于茶树需要大量的氮，这一发现有助于减少化肥的使用，同时提高茶树的品质。这些发现可能会对更广泛的农作物产生重要影响。"根据我们目前的实验结果，加入 SynCom21 微生物群落不仅改善了不同茶叶品种对铵态氮的吸收，还增强了拟南芥对铵态氮的吸收，"许说。"这表明，SynCom21的铵态氮吸收促进功能可能适用于各种植物，包括其他作物。"例如，它可以培育出品质更好的水稻，包括蛋白质含量更高的水稻。他们现在计划进一步优化 SynCom，并评估其在田间试验中的应用。他们还希望进一步了解根部微生物如何影响茶树的其他次生代谢物。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现无需维生素B12就能生存的藻类

科学家发现无需维生素B12就能生存的藻类 缺乏维生素 B12 会导致严重的健康问题，甚至可能致命。迄今为止，人们一直认为缺乏维生素 B12 也会影响某些类型的藻类。然而，最近对暴露于各种铁和维生素 B12 条件下的棕囊藻（Phaeocystisantarctica）进行的一项研究表明，这些生物在没有 B12 的情况下也能生存。这一发现与早先通过计算机基因组序列分析得出的预测相矛盾，表明藻类对 B12 缺乏具有意想不到的适应能力。这种藻类原产于南大洋，一开始是单细胞，可以转化成毫米级的菌落。这项研究发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，由麻省理工学院、世界卫生组织科学研究所（WHOI）、J.C. 文特尔研究所（J.C. Venter Institute）和斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography，UCSD）共同完成。研究发现，与其他关键性极地浮游植物不同的是，棕囊藻可以在有或没有维生素 B12 的情况下存活。这项研究的共同作者之一、伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）资深科学家 Makoto Saito 说："维生素 B12 对藻类的新陈代谢非常重要，因为它能让藻类更有效地制造一种关键氨基酸。当无法获得维生素 B12 时，生命就有办法更慢地制造这些氨基酸，导致它们的生长速度也变慢。在这种情况下，制造氨基酸蛋氨酸的酶有两种形式，一种需要 B12，另一种则慢得多，但不需要 B12。这意味着棕囊藻有能力适应并在 B12 含量低的情况下生存。"研究人员在罗斯海的帕尔默号考察船上对棕囊藻进行研究。资料来源：Makoto Saito研究人员在实验室培养物中研究了棕囊藻的蛋白质，并在野外样本中寻找关键蛋白质，从而得出结论。在观察过程中，他们发现这种藻类有一种不依赖于 B12 的蛋氨酸合成酶融合蛋白（MetE）。MetE基因并不是新的基因，但以前认为棕囊藻并不具备这种基因。MetE 使藻类能够灵活地适应维生素 B12 含量低的情况。"这项研究表明，实际情况更为复杂。"该研究的首席研究员、前麻省理工学院博士后迪帕-拉奥（Deepa Rao）说："对于大多数藻类来说，保持灵活的新陈代谢对B12是有益的，因为海水中的维生素供应非常稀缺。有了这种灵活性，即使它们无法从环境中获得足够的维生素，也能制造必需氨基酸。这意味着，将藻类划分为需要或不需要B12可能过于简单化了。"一座冰山漂浮在南极洲寒冷的海水中。图片来源：伍兹霍尔海洋研究所 Makoto Saito 拍摄生活在食物网底部的南极洲一直被认为完全受铁营养的控制。MetE 基因的发现还表明，维生素 B12 也可能是一个因素。由于棕囊藻中含有维生素 B12，这种藻类的适应能力使其具有在早春绽放的潜在优势，因为此时产生 B12 的细菌比较稀少。这一发现对气候变化也有影响，棕囊藻所在的南大洋在地球碳循环中发挥着重要作用，它通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气。"随着全球气候变暖，越来越多的铁从融化的冰川中进入南大洋沿岸，"Saito 说。"预测铁元素之后的下一个限制因素非常重要，B12 似乎就是其中之一。"气候建模人员想知道海洋中生长了多少藻类，以便做出正确的预测，他们已经将铁参数化，但还没有将 B12 纳入这些模型中。"我们尤其有兴趣了解藻类多样性的程度。"这项研究的合著者、加州大学圣迭戈分校 J. Craig Venter 研究所和斯克里普斯海洋学研究所的联合教授 Andy Allen 说："我们很想知道独立于 B12 的藻类在温暖的南大洋中是否具有竞争优势。由于在新陈代谢效率方面B12的独立性是有代价的，因此一个重要的问题是，需要维生素B12的品种是否会变得依赖于生产B12的细菌"。发现棕囊藻有能力适应最低限度的维生素B12供应后，发现以前被认为严格使用维生素B12的许多其他藻类也有同样的能力。这项研究的发现将为今后有关碳循环以及不同类型的藻类如何在南大洋寒冷恶劣的环境中生存的研究铺平道路。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现光合作用的原子级秘密

科学家发现光合作用的原子级秘密 了解光合蛋白质的生产论文的共同作者、研究小组组长迈克尔-韦伯斯特（Michael Webster）博士说："叶绿体基因的转录是制造光合蛋白的基本步骤，光合蛋白为植物提供生长所需的能量。我们希望通过更好地了解这一过程在详细的分子水平上能够帮助研究人员开发出光合作用更强的植物。这项工作最重要的成果是创建了一个有用的资源。研究人员可以下载我们的叶绿体聚合酶原子模型，并利用它提出自己关于叶绿体聚合酶如何发挥作用的假设，以及检验这些假设的实验策略。"光合作用是在叶绿体内进行的，叶绿体是植物细胞内的一个小区块，它含有自己的基因组，反映了叶绿体在被植物吞噬和合并之前曾是自由生活的光合细菌。看到植物叶绿体中转录光合基因的聚合酶分子。用电子显微镜收集到的单个分子图像经过分类和排列，揭示了蛋白质复合体结构架构的细节。资料来源：迈克尔-韦伯斯特和伊斯卡-普拉马尼克约翰-英纳斯中心的韦伯斯特小组研究植物如何制造光合蛋白，光合蛋白是实现这一优雅化学反应的分子机器，它将大气中的二氧化碳和水转化为单糖，并产生氧气作为副产品。蛋白质生产的第一阶段是转录，通过读取基因产生"信使RNA"。转录过程由一种名为 RNA 聚合酶的酶完成。叶绿体 RNA 聚合酶的复杂性50 年前，人们发现叶绿体中含有自己独特的 RNA 聚合酶。从那时起，科学家们就对这种酶的复杂程度感到惊讶。它比它的祖先细菌 RNA 聚合酶有更多的亚基，甚至比人类的 RNA 聚合酶还要大。韦伯斯特小组希望了解为什么叶绿体具有如此复杂的 RNA 聚合酶。为此，他们需要对叶绿体 RNA 聚合酶的结构构造进行可视化。研究小组使用一种称为低温电子显微镜（cryo-EM）的方法，对从白芥子植物中纯化的叶绿体RNA聚合酶样本进行成像。原子级分析的启示通过处理这些图像，他们建立了一个包含分子复合体中 5 万多个原子位置的模型。RNA 聚合酶复合体由 21 个亚基组成，分别在核基因组和叶绿体基因组中编码。研究人员对这一结构进行了仔细分析，从而开始解释这些元件的功能。这个模型让他们确定了一种蛋白质，它能在DNA转录过程中与DNA相互作用，并引导DNA进入酶的活性位点。另一种成分可以与正在产生的 mRNA 相互作用，从而在 mRNA 转化为蛋白质之前保护它不被蛋白质降解。韦伯斯特博士说："我们知道叶绿体 RNA 聚合酶的每一个组成部分都起着至关重要的作用，因为缺少其中任何一个组成部分的植物都不能制造光合蛋白质，因此也就不能变绿。我们正在仔细研究原子模型，以确定装配的 21 个组件中每个组件的作用。"第一作者Ángel Vergara-Cruces博士说："现在我们有了一个结构模型，下一步就是确认叶绿体转录蛋白的作用。通过揭示叶绿体转录的机制，我们的研究有助于深入了解叶绿体在植物生长、适应和应对环境条件中的作用。"共同第一作者伊斯卡-普拉马尼克（Ishika Pramanick）博士说："从极具挑战性的蛋白质纯化开始，到为这一巨大复杂的蛋白质拍摄令人惊叹的低温电子显微镜图像，再到最终看到我们的工作成果的印刷版本，在这一非凡的工作历程中有许多令人惊喜的时刻。"韦伯斯特博士总结道："高温、干旱和盐度限制了植物进行光合作用的能力。面对环境压力仍能可靠地生产光合蛋白的植物可能会以不同的方式控制叶绿体转录。我们期待看到我们的研究成果被用于开发更强健作物的重要工作中。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈佛大学科学家揭示巨型深海管虫的独特生存策略

哈佛大学科学家揭示巨型深海管虫的独特生存策略 对深海巨型管虫 Riftia pachyptila的研究表明，它的共生细菌如何利用两种碳固定途径来适应深海条件，这表明生物技术在碳捕获方面具有应用潜力。大多数自养型生物通过单一的碳固定途径维持自身的生命，而Riftia 的化能自养型内生共生体却拥有两条功能性碳固定途径：卡尔文-本森-巴塞尔循环（CBB）和还原性三羧酸循环（rTCA）。科学家们对这些途径的许多情况一直很不了解，对它们的活动以及与其他代谢过程的整合了解有限。哈佛大学有机与进化生物学系的研究人员对这两种途径的协调有了新的认识，揭示了使这些共生体在恶劣的热液喷口条件下茁壮成长的复杂适应性。在最近发表在《自然-微生物学》（Nature Microbiology）上的研究中，研究人员从东太平洋海隆收集了管圆线虫，以研究这两种功能途径的调节和协调。通过在模拟自然环境的条件下（包括3000 PSI压力和近乎有毒的硫水平）培养管圆线虫，研究人员能够测量净碳固定率并检查转录和新陈代谢反应。"这篇论文确实是一次从研究活生物体、测量其代谢率，到直接将其与转录本联系起来的巡回演唱会，这种方式使研究小组能够表明，这些途径很可能是并行运行的，"资深合著者、有机与进化生物学教授彼得-吉吉斯（Peter Girguis）说。"这篇论文表明，双重途径受到环境条件的影响，在这两种途径的周围还有其他代谢系统。"这项研究由 Girguis 实验室的成员进行，包括 Mitchell 和 Jennifer Delaney，以及哈佛信息学小组的 Adam Freedman。碳固定是将二氧化碳转化为糖的过程，也是维持生物圈运转的主要过程。根据环境（包括可用的能量和碳源）的不同，生物进化出了不同的新陈代谢策略。光合生物（如植物）利用阳光提供能量，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。在阳光照射不到的深海中，火山过热的海水通过热液喷口喷涌而出，Riftia pachyptila 的化能自养共生体利用硫化氢的能量固定碳，为蠕虫的新陈代谢和生长提供燃料。通过仔细改变Riftia 的实验条件，研究小组得以确定化学环境的变化如何影响其两种碳途径的协调。第一作者、博士后学者杰西卡-米切尔（Jessica Mitchell）说："这是对具有两种碳固定途径（rTCA 和 CBB）的细菌进行的最深入的分析。这也是对热液喷口共生进行的首次网络分析，也是对双碳固定途径系统进行的首次网络分析"。通过网络分析，研究小组发现了基因表达数据中的模式，并提供了该系统的全貌。分析确定了在维持和调节细胞内复杂的代谢反应网络中发挥关键作用的代谢枢纽基因。研究小组发现，rTCA 和 CBB 循环的转录模式因不同的地球化学机制而显著不同。研究发现，每种途径都与特定的代谢过程有关。rTCA 循环与氢化酶和硝酸还原溶解酶有关。这些酶对于在无氧条件下处理氢和硝酸盐至关重要，这表明 rTCA 循环在低能量条件下发挥着关键作用。相比之下，CBB 循环与硫化物氧化和同化硝酸盐还原有关。在硫化物丰富的热液喷口环境中，硫化物氧化是一个至关重要的过程。通过将 CBB 循环与硫化物氧化联系起来，共生体可以有效地利用环境中的化学能来固定碳。这项研究最令人感兴趣的发现之一是这两种途径的互补性。在硫化物和氧气有限的条件下，rTCA 循环似乎尤为重要。1e 族氢化酶的鉴定突出了这一点，它与 rTCA 循环一起，在对这种限制的生理反应中发挥着至关重要的作用。这种灵活性赋予了管圆线虫极大的优势，使其能够在热液喷口多变的条件下茁壮成长。研究期间测得的净碳固定率非常高，这使得长尾藻能够在环境中快速生长和存活。碳固定的双重途径每种途径都针对不同的环境条件进行了优化可能使共生体在环境变化过程中保持新陈代谢的稳定性。对裂叶草中这些双重碳固定途径及其协调调控的分析，为生物碳捕获和基础生物化学研究开辟了新途径。这些知识可实际应用于生物技术领域，利用这些途径的原理开发更高效的碳固定系统。此外，了解这些途径是如何被调控的，还可以深入了解极端环境中代谢多样性和适应性的进化。米切尔说："这项研究确实为今后的研究铺平了道路，让我们了解这些双重途径是如何使这种生物体固定这么多碳的。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：