在极端环境中生存 探索125°环境中的生命存在

在极端环境中生存探索125°环境中的生命存在奥利维里奥和拉帕波特夏天在加利福尼亚州的拉森火山国家公园进行了实地研究，那里有许多热液地貌。资料来源：锡拉丘兹大学真核生物多样性的很大一部分是由被称为原生生物的单细胞微生物组成的。通过对这些生物的研究，科学家们可以探索真核生物丰富多样性和复杂性的进化路径。通过这些研究，我们可以了解地球上动物生命得以存在的发展过程，例如多细胞性的出现。在研究人员致力于更好地了解地球物种进化背后的机制时，关于微生物真核生物如何适应地球极端环境的问题依然存在。为了进一步深入研究这个问题，文理学院（A&S）生物系的科学家们目前正在研究栖息在地球上一些最恶劣环境中的原生生物：极热和极酸的地热湖泊。A&S生物学家AngelaOliverio（左）和HannahRappaport在加利福尼亚州拉森火山国家公园美国最大的地热湖。图片来源：锡拉丘兹大学生物学助理教授安吉拉-奥利维里奥（AngelaOliverio）领导的一个团队最近从加利福尼亚州的拉森火山国家公园（LassenVolcanicNationalPark）返回，那里有美国最大的地热湖。"这个湖是一个酸性硫酸盐蒸汽加热地热特征，这意味着它既相当热（约52°C/124°F）又呈酸性（pH约2），"2022年开始在锡拉丘兹大学工作的奥利维里奥说。"这使它成为研究多极端嗜酸性生物的一个非常独特的环境，多极端嗜酸性生物是指适应两种或两种以上极端条件的生物--在这种情况下，就是高温和低pH值。"那么，他们怎么会知道到加利福尼亚的一个热湖去寻找微生物真核生命呢？最近，奥利维里奥和奥利维里奥实验室的研究员汉娜-拉帕波特（HannahRappaport）在《自然-通讯》（NatureCommunications）上共同发表了一篇研究论文，在这篇论文中，研究小组建立了一个数据库，收录了之前在极端环境中寻找微生物真核生命的研究。具体来说，他们分析了在相似的环境条件下，哪些真核生物系在不同的研究中被多次检测到。汉娜-拉帕波特（HannahRappaport）使用光学显微镜拍摄的变形虫（背景中的圆形灰色斑点）和红藻（前景中的四个白色椭圆形）图片。这些样本取自拉森火山国家公园的一个地热湖。图片来源：锡拉丘兹大学奥利维里奥说："我们发现，有几个变形虫品系往往是从极高温环境中发现的。这表明，研究这些品系可能会对真核细胞如何适应极高温环境下的生活产生重大启示。"据奥利维里奥介绍，加州州立大学奇科分校戈登-沃尔夫实验室进行的一项特殊研究显示，拉森国家公园的地热湖中有一种名为嗜热变形虫的变形虫，数量相当丰富。但是，目前还没有关于这种生物的基因组数据。确定这种生物是如何适应这种极端环境的，可以拓展人们对宇宙中哪些类型的环境适合生命存在的认识。去年夏天，奥利维里奥和拉帕波特来到拉森国家公园，进一步了解这种特殊的原生生物，并寻找其他新型嗜极真核生物。在湖边，研究小组用一根长长的油漆工用的竹竿，在上面插上一个1升的瓶子来采集样本--考虑到湖水的温度远远超过华氏100度，这可不是一件容易的事。之后，瓶子被运回奥利维里奥在锡拉丘兹大学的实验室，研究小组目前正在分离单细胞进行基因组测序，并用显微镜观察变形虫的特征。锡拉丘兹大学研究人员汉娜-拉帕波特（HannahRappaport）将瓶子浸入热湖中采集样本。由于水温较高且地面不稳定，研究人员在采集样本时必须保持安全距离。图片来源：锡拉丘兹大学虽然真核生物如何适应极端环境仍有许多未知数，但奥利维里奥希望这项研究将有助于填补目前的一些知识空白。汉娜-拉帕波特（HannahRappaport）使用光学显微镜拍摄的变形虫（背景中的圆形灰色斑点）和红藻（前景中的四个白色椭圆形）图片。这些样本取自拉森火山国家公园的一个地热湖。她说："我们怀疑这种变形虫形态有其特殊之处，能够在这些真核生物系中持续存在，但其机制仍然未知。根据我们的研究，我们假设，来自细菌的水平基因转移（生物体之间遗传信息的移动）和基因组削减（当基因组删除它不需要的基因时），以及特别有用的基因家族的扩展，可能是原生生物获得在极端环境中生存的工具包的几种方式。"研究小组的基因组尺度发现将为生命树的重建提供重要的缺失数据。"这将进一步加深我们对地球上生命分布和进化的理解"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387531.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387531.htm

研究发现气候变化对海洋生物的影响远超预期

研究发现气候变化对海洋生物的影响远超预期红鳍柱颌针鱼（Strongyluranotata）"躲藏"在加勒比海库拉索岛附近的海面下。资料来源：JulietteJacquemont（该研究的共同作者）。领衔作者、荷兰皇家海洋研究所（NIOZ）的卡塔琳娜-阿尔特（KatharinaAlter）解释了为什么对已发表的有关气候变化影响的研究结果进行总结和分析至关重要："为了更好地了解气候变化对全球的总体影响，海洋生物学家会计算气候变化对所有鱼类或所有无脊椎动物物种的影响。然而，在不同的单项研究中确定的影响可能会相互抵消：例如，如果蜗牛等无脊椎动物从某种环境变化中获益，而海胆等其他无脊椎动物则从中受损，那么尽管这两种动物群体都受到了影响，但无脊椎动物受到的总体影响却被认定为零"。事实上，由于气候变化，蜗牛吃得更多，而海胆吃得更少。这两种影响都很重要，甚至会产生连带效应：海胆的食物--草皮藻会生长得更多，而腹足类的食物--海带的生长则会减少。这两种无脊椎动物摄食量的不同导致生态系统从海带为主的生态系统转变为草皮藻为主的生态系统，从而改变了生活在这个生态系统中的所有其他动物的生存环境。"阿尔特博士与来自瓦赫宁根大学以及美国、法国、阿根廷、意大利和智利的其他12个研究机构的同事一起，开发出了新的研究方法，不再将看似矛盾的结果对立起来，而是利用这两种结果来确定气候变化对动物健康的影响。在使用这种方法之前，人们已经知道海洋变暖和海水酸性增强会在三个方面对鱼类和无脊椎动物产生负面影响：它们的生存机会减少，新陈代谢加快，无脊椎动物的骨骼变弱。利用这种新方法，国际海洋研究小组发现，气候变化对鱼类和无脊椎动物的其他重要生物反应产生了负面影响：生理、繁殖、行为和身体发育。阿尔特"因为这可能会导致影响海洋生态系统结构的生态转变，我们的研究结果表明，气候变化的影响可能会比之前想象的更大"。几十年来，空气中二氧化碳含量的增加导致海水温度升高、酸性增强，预计未来这一趋势还将继续。然而，其速度和程度尚不可知。阿尔特和她的同事们计算了三种预计的二氧化碳增加情景的后果，因此也计算了海洋变暖和海洋酸化的后果：极端增加、以目前速度适度增加以及--由于可能采取的措施--减缓增加。阿尔特介绍说："我们的新方法表明，如果海洋变暖和酸化继续按照目前的轨迹发展，鱼类和无脊椎动物物种中高达100%的生物过程都将受到影响，而之前的研究方法分别只发现了所有过程中约20%和25%的变化。"此外，研究还表明，减缓大气中二氧化碳含量的措施将有助于减少生物过程的变化：在低二氧化碳情况下，无脊椎动物中50%的反应和鱼类中30%的反应将受到影响。阿尔特认为，新方法的最大好处是，人们可以更详细地了解气候变化对物种的影响。"新的计算方法权衡了与当前状态的显著偏差，无论其方向如何--是有利还是有害--都将其视为海水变暖和酸化的影响。有了我们的新方法，您就可以纳入最广泛的测量反应，并发现传统方法中被掩盖的影响。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427244.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427244.htm

化石记录揭开气候变化灭绝风险的秘密

化石记录揭开气候变化灭绝风险的秘密艺术再现三叠纪晚期与气候变化相关的物种灭绝事件之前（左）和之后（右）的海底场景。资料来源：MaijaKarala在地球生命史上，过去的气候变化（通常由火山活动导致的温室气体自然变化引起）是无数物种灭绝的原因。但是，迄今为止，人们还不清楚是什么因素导致物种对这种变化的适应力增强或减弱，也不清楚气候变化的程度如何影响物种灭绝的风险。在牛津大学研究人员的领导下，这项新研究通过分析过去4.85亿年来海洋无脊椎动物（如海胆、蜗牛和贝类）的化石记录，试图回答这个问题。海洋无脊椎动物有丰富的化石记录，而且研究得很透彻，因此可以确定物种灭绝的时间和可能的原因。信息图表总结了研究发现的决定物种因气候变化而灭绝风险的关键特征和因素。资料来源：MirantaKouvari（科学图形设计）。研究人员利用涵盖9200多个属的29万多条化石记录，整理出了一个可能影响灭绝恢复力的关键特征数据集，其中包括以前未深入研究过的特征，如偏好温度。研究人员将这些特征信息与气候模拟数据相结合，建立了一个模型，以了解哪些因素在气候变化期间对确定灭绝风险最为重要。主要发现作者发现，受气候变化影响较大的物种更容易灭绝。特别是，在不同地质阶段气温变化达到或超过7°C的物种更容易灭绝。作者还发现，在极端气候条件下（如极地地区）的物种更容易灭绝，而只能在狭窄的温度范围（尤其是低于15°C的温度范围）内生活的动物灭绝的可能性要大得多。然而，地理范围的大小是预测灭绝风险的最有力因素。地理范围较大的物种灭绝的可能性要小得多。体型也很重要，体型较小的物种更容易灭绝。所研究的所有特征对灭绝风险都有累积影响。例如，同时具有较小地理范围和较窄热范围的物种甚至比只具有其中一种特征的物种更容易灭绝。该研究的第一作者库珀-马拉诺斯基（牛津大学地球科学系）说："我们的研究发现，地理范围是预测海洋无脊椎动物灭绝风险的最有力因素，但气候变化的幅度也是预测灭绝的重要因素，这对当今面临气候变化的生物多样性具有影响。"目前，人类驱动的气候变化已经将许多物种推向或超越了灭绝的边缘，这些结果有助于确定面临最大风险的动物，并为保护它们的战略提供依据。领衔作者艾琳-索普教授（牛津大学地球科学系）说："地质历史的证据表明，根据气候变化的预测，全球生物多样性面临着严峻的未来。特别是，我们的模型表明，生活在两极或热带地区、热范围小于15°C的物种可能面临最大的灭绝风险。然而，如果局部气候变化足够大，就会导致全球范围内的物种大量灭绝，有可能使我们更接近第六次物种大灭绝。据研究小组称，未来的工作应探索气候变化如何与海洋酸化和缺氧（海水缺氧）等其他可能导致物种灭绝的因素相互作用。布里斯托尔大学地理科学学院的研究人员也参与了这项研究。布里斯托尔大学的丹-伦特（DanLunt）教授说："这项研究表明，在地球历史上，海洋生物的灭绝风险与气候变化密不可分。当我们不顾一切地继续通过燃烧化石燃料造成气候变化时，这应该成为对人类的一个严酷警告。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423280.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423280.htm

研究认为气候变化可能危及地球上最大的饮用水储备

研究认为气候变化可能危及地球上最大的饮用水储备在最近发表在《科学报告》上的这项研究中，国际研究小组分析了位于不同气候区的洞穴中超过105000个温度测量值，并将它们与相应的地表温度进行了比较。这项研究的协调员、里斯本大学（葡萄牙）科学院生态、进化和环境变化中心（cE3c）生物学家安娜-索菲亚-雷波莱拉（AnaSofiaReboleira）说："温度变化揭示了地下环境与地表相比三种截然不同的热反应模式，这是一项新发现。"ValeTelheiro，葡萄牙洞穴，是本次研究的一部分，也是全球地下生物多样性的热点地区。图片来源：AnaSofiaReboleira洞穴中记录的所有温度年变化都很小，最小的为0.1摄氏度，最大的为8.8摄氏度。但在某些情况下，洞穴温度反映地表温度的时间略有延迟，而在另一些情况下，地表温度的变化则迅速反映到地下。也有一些情况出现了相反的模式：地表温度越高，洞穴温度越低（反之亦然），就像热镜子一样。"我们的研究结果表明，洞穴中的平均温度反映了室外的平均温度。其结果是，根据气候变化预测的地表温度上升将反映在地下，"安娜-索菲亚-雷博雷拉解释说。洞穴中栖息着稀有的、未受保护的物种群落--它们能保证水质，并适应生活在非常稳定的环境中，温度变化极小。因此，研究人员警告说："气温升高的后果绝对无法预测，而且肯定会对可供直接饮用的最大淡水储备的水质造成危害。"AnaSofiaReboleira，这项研究的协调人，里斯本大学（葡萄牙）科学学院生态、进化和环境变化中心（cE3c）的生物学家。图片来源：罗莎-佩雷拉"这项研究还揭示了一些洞穴中存在的日热周期。在完全没有阳光的生态系统中，生物缺乏昼夜节律。这一惊人的发现表明，这些日热周期有可能控制地下生物的生物节律，"安娜-索菲亚-雷博雷拉解释说。这项研究中的几个洞穴是全球地下生物多样性的热点地区，如斯洛文尼亚的Planina、加那利群岛的Viento和葡萄牙的ValeTelheiro。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416047.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416047.htm

研究：到下世纪全球逾四分三珊瑚或因气候变化患病

研究：到下世纪全球逾四分三珊瑚或因气候变化患病澳大利亚新南威尔士大学的一项研究认为，随着气候变化导致的海洋温度升高，到下个世纪全球超过四分之三的珊瑚或将患病，严重影响海洋生态系统。新华社报道，与白化不同，珊瑚病是由于珊瑚的免疫系统受到损害而产生，大多数患病珊瑚会死亡。随着珊瑚的死亡，整个珊瑚礁的生态系统都会受到影响。澳洲研究分析了全球关于珊瑚健康的108项研究，将珊瑚患病情况与同期海洋表面温度的变化数据相对比。研究人员发现，珊瑚的患病率随着海洋温度的升高而增加。在截至2018年的25年里，全球珊瑚患病率增加了两倍，达到9.92%。这一研究的模型预测，按照目前的升温趋势，在最糟糕的情况下，2100年全球珊瑚患病率将达到76.8%。研究人员说，珊瑚是一种敏感的生物，海水的温度、盐度和水质都会影响珊瑚的生存。海洋温度升高会使珊瑚“感到压力”，免疫系统受到影响，同时海洋温度升高也增强了真菌和细菌等病原体的繁殖能力，增加了珊瑚被感染的风险。领导这一研究的新南威尔士大学生物、地球和环境科学学院博士研究生伯克说，珊瑚礁在海洋生态系统中发挥重要作用，同渔业和旅游业的发展也息息相关。珊瑚病是全球珊瑚死亡和珊瑚礁退化的重要原因，这一研究的模型显示，即使海洋以更保守的速度升温，情况也会继续恶化。这也再次凸显了迅速采取行动减缓气候变暖的重要性。澳洲新南威尔士大学的研究已发表在《生态学通讯》月刊上。

CRISPR：受气候变化威胁的水稻作物的潜在"救星"

CRISPR：受气候变化威胁的水稻作物的潜在"救星"CRISPR(ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats)是一种革命性的基因编辑工具，它使科学家能够非常容易和准确地对生物体的DNA进行精确改变。通过使用一种由小RNA分子引导的称为Cas9的酶，CRISPR实现了对特定基因的定位和修改，为医学、农业和生物技术等领域的研究和应用带来了新的可能性。巴西佩洛塔斯联邦大学的主要作者AntonioCostadeOliveira博士和一个科学家团队发现，CRISPR/Cas工具在与产量、对生物和非生物压力的耐受性以及稻谷质量有关的研究中的基因编辑很有效。一位科学家在中国研究水稻然而，该评论试图描述不同的基因编辑技术及其各自在水稻育种中的应用，认为CRISPR/Cas方法在育种计划中的影响取决于在田间大规模栽培编辑过的植物。科斯塔-德奥利维拉博士说："开发新的高产栽培品种对于确保全球粮食安全是必要的。尽管常规育种已经取得了巨大的进展，但生物技术工具，如转基因和基因组编辑，可以帮助满足未来的需求。基因编辑的特点是切割和修改目标基因。在基因组编辑技术中，CRISPR/Cas因其易于操作而被提出。旨在提高编辑效率的多种Cas蛋白、碱基编辑和质点编辑等变体也被提出。被编辑的植物也更容易被接受，因为它们是无转基因的"。该研究概述说，预计2050年的水稻消费量将比目前增加50%--这意味着需求量将高达11.25亿吨。但生物压力（疾病--病毒、细菌、真菌、线虫、害虫和杂草）的发生加上非生物压力（干旱、淹没、盐度、热、冷和重金属）是限制水稻生产的因素。科学家们说，气候变化也影响着这些压力的频率、强度和持续时间。因此，有必要开发具有抗压性和更高产量潜力的新水稻栽培品种，因为种植面积的扩大是有限的。CostadeOliveira博士补充说："例如，CRISPR/Cas9编辑的巨大潜力，通过沉默易感基因和插入抗性基因，帮助开发了对细菌、真菌和病毒的广谱抗性。在这个意义上，CRISPR/Cas9介导的基因组编辑使得在SWEET基因的三个启动子中引入突变成为可能，这些突变导致水稻品系对黄单胞菌pv.Oryzae具有广谱抗性"。研究人员最后指出，尽管到目前为止常规育种是决定性的，但为了满足未来的需求和面对水稻种植的挑战，仍有很长的路要走。CostadeOliveira博士说："通过基因组编辑改进的植物和常规育种在对环境和人类健康的风险方面是相似的，这些风险实际上是不存在的。因此，预计编辑过的植物除了满足需求外，在消费者中也有良好的接受度"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348301.htm