科学家揭开了多样化动物生命周期的秘密

科学家揭开了多样化动物生命周期的秘密伦敦大学玛丽皇后学院研究人员用于进行基因组测序的蠕虫然而，研究人员对幼体存在的原因以及它们如何起源的理解仍然是有限的。更重要的是，解决这一问题的大规模比较研究以前没有使用基于动物遗传信息--基因组--测序的现代技术，也没有发现生物体在生长过程中如何使用这些信息。直到现在。在由伦敦大学玛丽皇后学院（QMUL）的一个团队领导的一项研究中，研究人员首次发现了可能解释胚胎如何形成幼体或成年的缩影的机制，该研究发表在著名杂志《自然》上。在他们的论文中，他们证明了参与胚胎发育的基本基因的激活时间--受精卵转变为生物体与幼体阶段的存在或不存在有关，也与幼体是以周围环境为食还是依靠母亲沉积在卵中的养料有关。弗朗西斯科-M-马丁-萨莫拉，玛丽女王学院的博士生和该研究的第一作者之一，说。"观察到进化如何塑造了动物胚胎的"报时"方式，在发育的早期或后期激活重要的基因组令人印象深刻。假设一个幼体阶段对你的生存不再重要。在这种情况下，可能在进化上是有利的，例如，更早地激活形成躯干的基因，而直接发育成一个成年人"。这项新研究使用了最先进的方法来解码三种被称为环形动物的海洋无脊椎蠕虫的遗传信息、活动和调节。他们在一项涉及60多个物种的600多个数据集的大规模研究中，将这些数据集与其他物种的公共数据集结合起来，这些物种被5亿多年的进化所隔开。"伦敦大学学院该研究的主要合作者FerdinandMarlétaz博士说："只有通过结合实验室产生的实验数据集和系统的计算分析，我们才能揭开这种未被发现的生物学领域。"来自玛丽皇后学院的博士后研究员、该工作的共同第一作者YanLiang博士说。"虽然这些技术已经存在了一些年，但没有团队将它们用于这一目的。我们产生的数据集和我们开发的方法将成为其他研究人员的巨大的强大资源。"玛丽皇后学院有机体生物学高级讲师、这项研究的资深作者ChemaMartín-Durán博士说。"发育生物学在很大程度上侧重于小鼠、苍蝇和其他我们所知道的模型生物体的成熟物种。我们的研究表明，经常被忽视的非模型物种的迷人生物学对于理解动物发育如何工作以及如何进化至关重要。"参与形成躯干的基因--紧随头部并一直到尾部的身体区域，是最重要的。一些物种会形成几乎没有躯干的幼体，被称为"头部幼体"，而且可能早在所有有头有尾的动物的祖先中就已经存在。直接发育和直接从胚胎发育中形成小成体，在许多动物群体中，如我们和大多数脊椎动物，会在后来进化，因为形成躯干的基因在胚胎发育的早期被激活，而幼体的特征会逐渐丧失。德国耶拿弗里德里希-席勒大学教授、该团队的合作者AndreasHejnol博士说："我们希望该领域的其他研究人员将继续研究动物生命周期进化这一令人兴奋的课题，并为我们提出的假设提供进一步的证据。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346945.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346945.htm

科学家揭开尿素在生命起源中的秘密角色

科学家揭开尿素在生命起源中的秘密角色研究人员开发出一种观察液体中化学反应的新方法，揭示了涉及尿素等分子的反应，这些分子可能促成了地球生命的出现。这项技术涉及一种能产生细小液体射流的特殊仪器和X射线光谱学，使科学家们能够研究在短短飞秒内发生的反应。这一突破是在苏黎世联邦理工学院物理化学教授汉斯-雅各布-沃纳（HansJakobWörner）领导的同一研究小组先前研究的基础上取得的。这项工作针对在气体环境中发生的反应得出了类似的结果。为了将X射线光谱观测扩展到液体，研究人员必须设计一种仪器，能够在真空中产生直径小于一微米的液体射流。这一点至关重要，因为如果射流再宽一些，就会吸收部分用于测量的X射线。利用这种新方法，研究人员得以深入了解地球上生命出现的过程。许多科学家认为，尿素在其中发挥了关键作用。尿素是含有碳和氮的最简单分子之一。更重要的是，尿素极有可能在地球非常年轻的时候就已经存在，20世纪50年代的一项著名实验也表明了这一点：美国科学家斯坦利-米勒（StanleyMiller）调制了一种据信构成地球原始大气层的气体混合物，并将其暴露在雷暴条件下。这产生了一系列分子，其中之一就是尿素。根据目前的理论，尿素可能已经富集在当时没有生命的地球上的温暖水坑中--通常称为原始汤。随着汤中水分的蒸发，尿素的浓度也随之增加。在宇宙射线等电离辐射的作用下，这些浓缩的尿素有可能经过多个合成步骤产生丙二酸。反过来，这可能产生了RNA和DNA的组成元素。苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的研究人员利用他们的新方法，研究了这一长串化学反应的第一步，以找出浓缩尿素溶液在电离辐射下的表现。要知道，浓尿素溶液中的尿素分子会自行成对，即所谓的二聚体。研究人员现在已经能够证明，电离辐射会导致每个二聚体中的一个氢原子从一个尿素分子移动到另一个。这样，一个脲分子就变成了质子化的脲分子，而另一个脲分子则变成了脲自由基。后者具有很高的化学反应活性--事实上，它的反应活性非常高，很有可能与其他分子发生反应，从而形成丙二酸。研究人员还设法证明，氢原子的这种转移发生得非常快，大约只需要150飞秒，即150四十亿分之一秒。Wörner说："这个反应速度如此之快，以至于理论上可能发生的所有其他反应都会被这个反应所取代。这就解释了为什么浓缩尿素溶液会产生尿素自由基，而不是承载会产生其他分子的其他反应。"Wörner和他的同事们希望研究导致丙二酸形成的下一个步骤，希望这将有助于他们了解地球生命的起源。至于他们的新方法，一般也可用于研究液体中化学反应的精确顺序。"一系列重要的化学反应都发生在液体中，不仅包括人体中的所有生化过程，还包括与工业相关的大量化学合成，"沃纳说。"这就是为什么我们现在扩大了高时间分辨率X射线光谱的范围，将液体中的反应也包括在内，这一点非常重要"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382767.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382767.htm

科学家揭开可以让人造肉更多汁的秘密

科学家揭开可以让人造肉更多汁的秘密采用植物性肉类替代品的最大障碍之一是它们在食用时通常口感干燥、涩味重。以利兹大学的AnweshaSarkar教授为首的科学家团队正在率先改变植物蛋白的质地。他们正在努力改变人们对植物蛋白的感知，将其从粘稠、干燥的感觉转变为多汁、丰富的感觉，类似于脂肪。而他们在植物蛋白中添加的唯一物质就是水。植物蛋白微凝胶为了实现这种变化，科学家们通过一种叫做微溶胶的过程制造出了植物蛋白微凝胶。植物蛋白一开始是干的，质地粗糙，将其放入水中并加热。这改变了蛋白质分子的结构，使其聚集在一起，形成一个相互连接的网络或凝胶，将水困在植物蛋白质周围。然后对凝胶进行均质处理，将蛋白质网络分解成肉眼无法看到的微小颗粒。在压力下，就像被食用时一样，微凝胶会渗出水，产生类似于单一奶油的润滑效果。使用原子力显微镜进行分析后发现，植物蛋白微凝胶并没有凝结在一起，而是充满了水分。图片来源：利兹大学BenKew萨卡尔教授说："我们所做的是将干燥的植物蛋白转化为水合植物蛋白，利用植物蛋白形成蜘蛛网状，将水保持在植物蛋白周围。这就为口腔提供了急需的水分和多汁的感觉。利用食品行业目前广泛使用的技术，无需添加任何化学物质或制剂，就能制造出植物蛋白微凝胶。关键成分就是水。"重振消费者兴趣研究小组在科学杂志《自然通讯》（NatureCommunications）上发表了他们的研究成果，并表示植物蛋白的干燥度一直是"......消费者接受度的关键瓶颈"。有了这一突破，研究小组希望能重振消费者对植物蛋白的兴趣，鼓励人们减少蛋白质摄入对动物产品的依赖，而这是实现全球气候变化目标的必要步骤。每年食品生产产生的180亿吨二氧化碳当量中，一半以上来自动物产品的饲养和加工。研究人员说，蛋白质微凝胶"......为设计下一代健康、美味和可持续食品提供了一个独特的平台"。在整个研究过程中，研究小组对植物蛋白微凝胶的行为进行了数学建模，并坚信他们的方法会奏效。但是，在利兹工程与物理科学学院的原子力显微镜套件中产生的可视化效果证明了这一点。原子力显微镜是用一个微小的探针扫描分子表面，以获得分子形状的图像。这些图像相当于概念验证。植物蛋白质一开始是结块的，水合性很差。加入水后对其进行加热。蛋白质会改变形状，将水困在自身周围，形成凝胶。凝胶被分解成植物蛋白微凝胶，植物蛋白颗粒被水包围。图片来源：利兹大学BenKew萨卡尔教授补充说："看到原子力显微镜的图像是我们激动人心的时刻。可视化图像显示，蛋白质微凝胶基本呈球形，没有聚集或凝结在一起。我们可以看到独立间隔的植物蛋白微凝胶。我们的理论研究曾说过这是会发生的事情，但没有什么能比得上亲眼目睹这一切"。利兹大学食品科学与营养学院副教授、论文作者之一梅尔-霍姆斯博士说："这项研究揭示了现代食品技术所涉及的科学的独创性和深度，从蛋白质的化学性质、食物在口腔中的感知方式到对摩擦学--材料与口腔中感官细胞之间的摩擦--的理解。解决食品科学中的重大问题需要跨学科科学"。鉴于微凝胶的润滑性（类似于单一奶油的润滑性），这意味着它们可以用于食品加工业的其他用途，例如替代食品中被去除的脂肪，以开发更健康的食品。利兹大学食品科学与营养学院博士生、该项目的首席研究员本-邱（BenKew）说："这是一个非常了不起的发现。令人吃惊的是，在不添加一滴脂肪的情况下，微凝胶就具有类似于20%脂肪乳液的润滑性，我们是第一个报告这种情况的人"。"我们的实验数据得到了理论分析的支持，这也意味着我们可以开始在必须去除脂肪的食品中使用这些植物蛋白微凝胶，重新配制成更健康的下一代植物蛋白食品。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386241.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386241.htm

科学家发现细菌昼夜节律钟的复杂性

科学家发现细菌昼夜节律钟的复杂性枯草芽孢杆菌生物发光的图像资料来源：EllaBaker-JackDorling约翰-英纳斯中心慕尼黑路德维希-马克西米利安大学（LudwigMaximillianUniversityMunich，LMUMunich）、约翰-英纳斯中心（TheJohnInnesCentre）、丹麦科技大学（TheTechnicalUniversityofDenmark）和莱顿大学（LeidenUniversity）的国际合作团队通过探测广泛存在于土壤中的枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）的基因表达作为时钟活动的证据，取得了这一发现。主要作者FrancescaSartor博士（慕尼黑大学）报告说："这种微生物的昼夜节律钟无处不在：我们看到它调控着多个基因和一系列不同的行为"。约翰-英纳斯中心的安东尼-多德（AntonyDodd）教授补充说："令人吃惊的是，一个基因组如此小的单细胞生物，其昼夜节律钟的某些特性却能唤起更复杂生物的时钟。"该合作团队之前的工作已经证明，在这种细菌的实验室衍生菌株中存在昼夜节律钟。这是首次在枯草杆菌中观察到昼夜节律钟。研究人员利用一种技术，插入一种叫做荧光素酶的酶，当基因表达时，这种酶就会发光。这种生物发光引导研究小组监测细菌时钟的变化情况。这篇论文的资深作者、慕尼黑大学的玛莎-梅罗（MarthaMerrow）教授说："这项研究表明，昼夜节律钟广泛存在于枯草芽孢杆菌中。我们或许可以利用时钟知识来改善健康状况，提高食品生产或生物技术的可持续性。"这项新研究是向前迈出的重要一步，原因是多方面的。它揭示了这些时钟存在于从自然环境中收集的菌株中，因此可能在这种细菌中广泛存在。此外，枯草杆菌在恒定黑暗和恒定光照条件下都能持续显示昼夜节律，研究人员揭示了许多其他生物的昼夜节律钟中存在的细微反应。在昼夜节律生物学领域，这些反应被称为"后效"和"阿肖夫法则"。综合来看，这表明细菌能像更复杂的生物一样，随着光照和温度条件的变化，使其生理和新陈代谢与一天中的不同时间同步。这一发现为生物技术、人类健康和植物科学提供了机遇。了解细菌昼夜节律钟的特性可能有助于我们对微生物学的工业应用；它可能使我们对微生物组是如何形成的有一个新的认识，并可能表明抗生素在一天中的某些时间对病原菌的破坏作用有多大。这些知识还可以帮助我们保护农作物。枯草芽孢杆菌是一种有益的土壤细菌，农民用它来帮助养分交换、植物生长和抵御病原微生物。研究小组正在开发枯草芽孢杆菌，作为研究细菌昼夜节律钟的模式生物。下一步的工作之一是找出构成时钟机制的基因。研究小组还对枯草芽孢杆菌昼夜节律钟如何依赖多细胞组织实现其全部功能感到好奇。昼夜节律钟是一种内部振荡器，能使生物的生理和新陈代谢适应24小时的环境变化，如光照、温度或捕食者行为的变化，从而为生物提供选择性优势。当我们进入不同的时区时，它们就会产生令人不安的时差效应。莱顿大学和丹麦技术大学的ÁkosT.Kovács教授说："法国生物学家雅克-莫诺曾说过一句名言：'大肠杆菌的真实情况就是大象的真实情况'。'当时，他指的是分子生物学的普遍规则--DNA和蛋白质。同样，枯草杆菌--一种只有四千个基因的细菌--体内的昼夜节律钟竟然有一个复杂的昼夜节律系统，让人联想到苍蝇、哺乳动物和植物等复杂生物体的昼夜节律钟。'...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375709.htm

科学家揭开大脑 "内部指南针"的秘密

科学家揭开大脑"内部指南针"的秘密麦吉尔大学精神病学副教授、道格拉斯研究中心研究员马克-布兰登说："神经科学研究在过去十年见证了一场技术革命，使我们能够提出和回答几年前只能梦想的问题。"他与扎基-阿贾比共同领导了这项研究，扎基-阿贾比曾是麦吉尔大学的学生，现在是哈佛大学的博士后研究员。为了了解视觉信息如何影响大脑的内部指南针，研究人员将小鼠暴露在一个迷失方向的虚拟世界，同时记录大脑的神经活动。研究小组利用神经元记录技术的最新进展，以前所未有的精度记录了大脑的内部指南针。这种精确解码动物内部头部方向的能力使研究人员能够探索构成大脑内部罗盘的头部方向细胞如何支持大脑在不断变化的环境中重新定位的能力。具体而言，研究小组发现了一种他们称之为"网络增益"的现象，它使大脑的内部指南针在小鼠迷失方向后重新定位。阿贾比说："就好像大脑有一种机制可以实施'重置按钮'，允许在混乱的情况下迅速重新确定其内部指南针的方向。"虽然这项研究中的动物被暴露在非自然的视觉体验中，但作者认为，这样的场景已经与现代人类的经验有关，特别是随着虚拟现实技术的迅速传播。这些发现"可能最终解释了虚拟现实系统如何能够轻易地控制我们的方向感。这些结果启发了研究团队开发新的模型，以更好地理解其基本机制。"这项工作是一个美丽的例子，说明实验和计算方法一起可以推进我们对驱动行为的大脑活动的理解，"共同作者魏学新说，他是计算神经科学家和德克萨斯大学奥斯汀分校的助理教授。这一发现对阿尔茨海默病也有重大影响。"阿尔茨海默氏症最初自我报告的认知症状之一是人们变得迷失方向和迷路，甚至在熟悉的环境中，"研究人员预计，对大脑内部指南针和导航系统如何工作的更好理解将导致对阿尔茨海默病的早期检测和更好的治疗评估。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362291.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362291.htm

蚊子是如何找到人类的？科学家揭开背后的秘密

蚊子是如何找到人类的？科学家揭开背后的秘密无论是蚊香液、蚊香、驱蚊水，在夏天人类必然要面对的是蚊子的侵扰。那么这些蚊子是如何找到我们的呢？现在研究人员发现了背后的秘密。人类散发出一种由体味、热量和二氧化碳组成的独特气味，这种气味虽然因人而异，但是蚊子利用它追踪人类。虽然大多数动物都有一组特定的神经元来检测每种类型的气味，但蚊子可以通过几种不同的途径来接收气味。该研究发表在科学杂志《细胞》上。该研究的主要作者之一，来自波士顿大学生物学助理教授MegYounger说：“结果表明和目前已知的其他动物相比，蚊子对它们所遇到的气味进行编码的方式是不同的”。研究小组随后检查了蚊子触角中的气味受体，这些受体与漂浮在环境中的化学物质结合，并通过神经元向大脑发出信号。Younger表示：“我们假设蚊子会遵循嗅觉的中心教条，即每个神经元只表达一种类型的受体。但结果和预期相反，同一个神经元中不同受体可以对不同的气味做出反应”。这意味着失去一个或多个受体并不影响蚊子对人类气味的接收能力。研究人员说，这种备份系统可能已经进化为一种生存机制。Younger说：“埃及伊蚊专门叮咬人类，据说它们之所以进化成这样，是因为人类总是靠近淡水，因此蚊子在淡水中产卵。”研究人员说，最终，了解蚊子的大脑如何处理人类的气味可以用来干预叮咬行为，减少蚊子传播的疾病的传播，如疟疾、登革热和黄热病。Younger表示：“控制蚊子的一个主要策略是把它们吸引到诱捕器中，把它们从咬人的人群中清除出去。如果我们能够利用这些知识来了解人类的气味在蚊子的触角和大脑中是如何体现的，我们就可以开发出比人类更吸引蚊子的混合剂。我们还可以开发针对那些检测人类气味的受体和神经元的驱虫剂”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306477.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306477.htm