在极端环境下生存：科学家发现水下火山烟尘中的生命

在极端环境下生存：科学家发现水下火山烟尘中的生命热液羽流从海底升起数百米，并分散到离其源头数千公里的地方，热液羽流可能看起来是不适宜的环境。然而，最近发表在《自然-微生物学》上的一项研究显示，特定的细菌能够在这些看似不稳定的地方茁壮成长。科研船Polarstern在格陵兰岛冰面上进行考察PS86，距离Gakkel海脊的西部火山区约4000米。资料来源：阿尔弗雷德-魏格纳研究所/StefanieArndt第一作者、德国不来梅马克斯-普朗克海洋微生物研究所的MassimilianoMolari说："我们详细研究了Sulfurimonas属的细菌。到目前为止，这些细菌只知道在低氧环境中生长，但基因序列偶尔也在热液羽流中被检测到。正如它们的名字所表明的，它们已知使用来自硫化物的能量。"人们认为它们是从海底通风口相关的环境中被冲到那里的。但是我们想知道，这些烟羽是否真的可能是一个适合Sulfurimonas组的一些成员的环境"。由AntjeBoetius教授博士领导的Polarstern团队。后排，从左起。GunterWegener,MassimilianoMolari,MirjaMeiners,RafaelStiens,AntjeBoetius,FabianSchramm,NorbertRieper。前排。AndreasTürke,YannMarcon.资料来源：阿尔弗雷德-魏格纳研究所/StefanieArndt艰难的采样条件因此，Molari与来自阿尔弗雷德-魏格纳研究所、不来梅港亥姆霍兹极地和海洋研究中心（AWI）以及不来梅大学MARUM海洋环境科学中心的同事一起，对北极中部和南大西洋的热液羽流进行了一次具有挑战性的采样之旅。"我们在以前从未研究过的超低速扩张脊的极偏远地区对羽流进行采样。收集热液羽流样品是非常复杂的，因为它们不容易被找到。"马克斯-普朗克海洋微生物研究所的组长兼AWI主任AntjeBoetius解释说，他是北极任务的首席科学家，当羽流位于2500米以上的深度和北极海冰之下，或者位于南大洋的风暴区内时，取样就变得更加困难。极光公司在加克尔海脊（北极中部）的热液喷口。水下摄像系统OFOS拍摄的热液喷口（左上角，由红色箭头表示）和烟囱（右边的黄橙色结构）的快照，这使得在考察PS86期间确定热液喷口领域的位置成为可能。资料来源：巡航报告在研究船Polarstern上，科学家们设法收集样本，并在这些水中研究细菌的组成和代谢。装备精良，分布广泛莫拉里和他的同事发现了一个新的Sulfurimonas物种，叫做USulfurimonaspluma（上标"U"代表未培养的），栖息在寒冷、氧气饱和的热液羽流中。令人惊讶的是，这种微生物使用烟羽中的氢气作为能量来源，而不是硫化物。科学家们还调查了这种微生物的基因组，发现其基因组被强烈削弱，缺少其亲属的典型基因，但却很好地配备了其他基因，使其能够在这种动态环境中生长。"我们认为，热液羽流不仅分散了热液喷口的微生物，而且还可能在生态上将开阔的海洋与海底栖息地连接起来。我们的系统发育分析表明，USulfurimonaspluma可能来自一个与热液喷口相关的祖先，它获得了更高的耐氧性，然后扩散到整个大洋。然而，这还有待进一步调查"，Molari说。对其他羽流的基因组数据的研究表明，USulfurimonaspluma在世界各地的这些环境中生长。Molari说："显然，它们在寒冷、氧气饱和和富含氢气的热液羽流中找到了一个生态位，这意味着我们必须重新思考我们对深海中硫磺类动物的生态作用的想法--它们可能比我们以前认为的要重要得多"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350395.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350395.htm

科学家发现生产纤维素的细菌可以在类似火星的环境中生存

科学家发现生产纤维素的细菌可以在类似火星的环境中生存包括哥廷根大学科学家在内的一个国际研究小组研究了在类似火星的环境中红茶菌培养物生存的可能性。红茶菌是一种流行的饮料，它是通过使用红茶菌培养物（一种细菌和酵母的共生培养物）发酵糖化茶而制成。令人惊讶的是，尽管模拟的火星大气破坏了红茶菌培养物的微生物生态，但一种产生纤维素的细菌物种仍然存在。该研究结果发表在《微生物学前沿》（FrontiersinMicrobiology）杂志上。2014年，在欧空局的帮助下，从事"生物和火星实验"（BIOMEX）项目的研究人员将红茶菌培养物发射到国际空间站（ISS）。该项目目的是为了更好地了解纤维素作为生物标志物的弹性，红茶菌的基因组结构，以及它的地外生存行为。这些样品在地球上被重新激活，并在国际空间站外的模拟火星条件下培养了一年半之后，又进行了两年半的培养。哥廷根大学兽医研究所所长BertramBrenig教授与来自巴西米纳斯吉拉斯州立大学的研究人员一起工作，负责对重新激活的培养物和单个红茶菌培养物的元基因组进行测序和生物信息分析。“根据我们的元基因组分析，我们发现模拟的火星环境极大地破坏了红茶菌培养物的微生物生态。然而，我们惊讶地发现，Komagataeibacter属的纤维素生产细菌幸存下来。”这些结果表明，细菌产生的纤维素可能是它们在地外条件下生存的原因。这也提供了第一个证据，表明细菌纤维素可能是地外生命的生物标记，而纤维素基的膜或薄膜可能是保护生命和在地外定居点生产消费品的良好生物材料。这些实验的另一个有趣的方面可能是开发新的药物输送系统，例如，开发适合在太空使用的药物。另一个重点是调查抗生素抗性的变化：研究小组能够表明，抗生素和金属抗性基因的总数--意味着尽管环境中存在抗生素或金属，这些微生物仍可能存活--在暴露的培养物中得到了丰富。科学家们说：“这一结果表明，未来应特别关注太空医学中与抗生素抗性有关的困难。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302647.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302647.htm

科学家发现复杂生命起源的新线索：我们都是阿斯加德人

科学家发现复杂生命起源的新线索：我们都是阿斯加德人用生物进化论者的话来说，这意味着真核生物是阿斯加德古菌中的一个"嵌套良好的支系"，就像鸟类是恐龙这个更大群体中的几个族群之一，有着共同的祖先一样。研究小组发现，在阿斯加德古菌中，所有真核生物都有一个共同的祖先。根据这项最新研究，所有复杂生命形式（又称真核生物）的根源都可以追溯到一群名为阿斯加德古菌的微生物的共同祖先。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校在距今约20亿年之前，还没有发现真核生物的化石，这表明在此之前，只有各种类型的微生物存在。UT奥斯汀分校综合生物学和海洋科学副教授布雷特-贝克（BrettBaker）说："那么，是什么事件导致微生物进化成真核生物呢？这是一个大问题。拥有这个共同的祖先是理解这个问题的一大步。"在荷兰瓦赫宁根大学ThijsEttema的领导下，研究小组确定了生命树上与所有复杂生命形式最亲近的微生物，即新描述的Hodarchaeales（简称Hods）。Hods发现于海洋沉积物中，是更大的阿斯加德古菌群中的几个亚群之一。阿斯加德古菌进化于20多亿年前，它们的后代现在仍然活着。其中一些已在世界各地的深海沉积物和温泉中被发现，但迄今为止，只有两个菌株能在实验室中成功培育。为了识别它们，科学家从环境中收集它们的遗传物质，然后拼凑它们的基因组。根据与其他可在实验室培育和研究的生物的基因相似性，科学家们可以推断出阿斯加德人的新陈代谢和其他特征。贝克实验室的研究员瓦莱丽-德-安达（ValerieDeAnda）说："想象一下一台时光机，不是去探索恐龙或古代文明的领域，而是深入到可能引发复杂生命曙光的潜在代谢反应中去。我们研究的不是化石或古代文物，而是现代微生物的基因蓝图，以重建它们的过去。"这项研究分析的部分微生物是利用阿尔文号深海潜水器采集的，图为2018年11月在瓜伊马斯盆地的采集之旅。图片来源：BrettBaker研究人员扩大了已知的阿斯加德基因组多样性，增加了50多个未被描述的阿斯加德基因组作为建模输入。他们的分析表明，所有现代阿斯加德人的祖先似乎都生活在炎热的环境中，以消耗二氧化碳和化学物质为生。与此同时，与真核生物亲缘关系更近的霍奇菌在新陈代谢方面与我们更相似，它们吃碳并生活在更凉爽的环境中。德安达说："这真是令人兴奋，因为我们第一次看到了产生第一批真核细胞的祖先的分子蓝图。"在北欧神话中，霍德（Hod，也可拼写为Höd、Höðr或Hoder）是一个神，是奥丁（Odin）和弗里格（Frigg）的盲儿子，他被骗杀死了自己的亲兄弟鲍德尔（Baldr）。贝克说："我在演讲中一直开玩笑说'我们都是阿斯加德人'。现在这句话很可能会出现在我的墓碑上。""对我来说，最令人兴奋的事情是，我们开始看到从生物学家认为的古细菌向更像真核生物的Hodarchaeales过渡。另一种说法是，这些Hods是我们在古生物世界中的姊妹群。"贝克说，在所有古细菌中，阿斯加德人是产生真核生物的，这是有道理的。与真核生物一样，阿斯加德古菌成员的基因组中也有许多具有多个拷贝的基因。在真核生物中，当基因发生复制时，新的拷贝往往具有新的功能，赋予生物新的能力。这是进化的主要驱动力之一。"我们不知道这些阿斯加德人的基因复制具体导致了什么。但我们知道，在真核生物中，基因复制导致了新的功能和细胞复杂性的增加。因此，我们认为这也是阿斯加德导致真核生物创新的方式之一。"研究古菌的科学家发现了许多曾被认为是真核生物独有的蛋白质。这就提出了一个问题：这些真核蛋白质在古细菌中发挥着什么功能？贝克说："我认为，研究这些更简单的生命形式和它们的真核特征，会让我们对自己有很多了解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373755.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373755.htm

韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身：水和简单的有机分子

韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身：水和简单的有机分子这些观测结果在同类观测中尚属首次--在JWST之前，这种详细的观测是不可能实现的。这对于类地行星和宇宙中的生命来说都是一个好消息：可以形成这类行星的环境种类繁多。这些结果现已发表在《天体物理学杂志通讯》（AstrophysicalJournalLetters）上。一颗年轻的太阳型恒星周围的气体和尘埃盘中发现了水和含碳分子，这颗恒星位于银河系中最极端的环境之一。这种圆盘是行星围绕新生恒星形成的地方。由马克斯-普朗克天文学研究所（MPIA）的玛丽亚-C-拉米雷斯-坦努斯（MaríaC.Ramírez-Tannus）领导的天文学家小组利用詹姆斯-韦伯太空望远镜窥探了这个圆盘的内部区域。这个被天文学家称为"XUE-1"的圆盘暴露在附近高温大质量恒星的强烈紫外线辐射下。然而，即使在这样恶劣的环境中，观测结果还是检测到了水和简单的有机分子。拉米雷斯-坦努斯说："这一结果出乎意料，令人振奋！它表明，即使在银河系最恶劣的环境中，也存在着形成类地行星的有利条件和生命的要素。大质量恒星形成区的艺术家印象图，前景为行星形成盘XUE-1。该区域被大质量恒星发出的紫外线所笼罩，左上角可见其中一颗恒星。圆盘附近的结构代表了研究人员在新观测中发现的分子和尘埃。图片来源：©MariaCristinaFortuna(www.mariacristinafortuna.com)大规模恒星形成区的空前细节新的观测结果在同类研究中尚属首次。以前对行星形成盘的详细观测仅限于附近没有大质量恒星的恒星形成区。大质量恒星形成区则完全不同：在那里，无数恒星在大致相同的时间形成，包括一些罕见但威力巨大的超大质量恒星。在宇宙恒星形成的"黄金时代"，即大约100亿年前，大部分恒星都是在这种大质量星团中形成的。总体而言，宇宙中一半以上的恒星--包括我们的太阳--都诞生于大质量恒星形成区，同时还有它们的行星。然而，人们对这种恶劣环境对星盘内部区域的影响却一无所知，而陆地行星有望在这些区域形成。大质量恒星非常明亮，会发出大量高能紫外线辐射。它们的存在会对其附近造成相当大的干扰。这种干扰是否会经常干扰类似太阳的恒星周围像地球这样的行星的形成，这还是一个未决问题--这将使类似地球的行星在这种大质量恒星簇中处于边缘地位，并非不可能形成，但非常罕见。有一些似是而非的论点认为情况可能如此。例如，来自大质量恒星的紫外线辐射分散了外盘部分的气体，从而抑制了尘埃粒子的生长和向内漂移，而尘埃粒子正是类地行星（以及木星或土星等巨型行星的核心）的组成部分。这很可能不利于类地行星的形成。迄今为止，观测结果都无助于回答这个问题。在当今宇宙中，大质量恒星形成区非常罕见，即使是最近的恒星形成区也离得很远。直到最近，还没有办法观测到类似太阳恒星周围的小型星盘的任何细节。为数不多的行星形成盘距离很近，可以进行详细观测，但它们都位于安静的环境中，没有来自大质量恒星的强烈紫外线辐射，因此对回答这个问题毫无用处。XUE合作项目（"极端紫外线环境"的缩写）的徽标显示的是Muisca文化中的太阳神Xué。穆伊斯卡人是生活在拉米雷斯-坦努斯的家乡哥伦比亚中部的原住民。徽标取材于波哥大附近发现的岩石艺术。图片来源：©XUE合作利用JWST探测内盘这种情况随着JWST的出现而改变。当这台望远镜可以用于科学观测时，拉米雷斯-坦努斯和XUE（极紫外环境）合作小组成功申请观测NGC6357。这里距离地球5500光年，是距离最近的大质量恒星形成区之一。它也是最有希望回答内盘问题的观测目标：NGC6357包含十多颗高亮度大质量恒星，确保该区域可见的一些行星形成盘在其存在的大部分时间里都暴露在强烈的紫外线辐射下。多样性是一个重要因素：该区域包含各种类型的盘，其中一些受到的辐射较多，另一些则较少。来自斯德哥尔摩大学的阿尔扬-比克（ArjanBik）说："如果强烈辐射阻碍了原行星盘内部区域行星形成的条件，那么NGC6357就是我们应该看到这种影响的地方。"天文学家们进行的观测记录了光谱：对光线进行彩虹般的分解，从而估算出观测区域中存在的特定分子。令他们惊讶的是，拉米雷斯-坦努斯和她的同事们发现，就关键分子的存在（和性质）而言，NGC6357中至少有一个内盘（即XUE-1）与低质量恒星形成区中的同类物质并无本质区别。韦伯天文台是未来十年中最重要的天文台，为全世界成千上万的天文学家服务。它研究我们宇宙历史的每一个阶段。资料来源：美国国家航空航天局严酷环境中的硅酸盐、水和其他分子拉米雷斯-坦努斯说："我们在XUE-1的最内层区域发现了大量的水、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢和乙炔。这为了解所产生的陆地行星最初大气层的可能组成提供了宝贵的线索"。研究人员还发现了硅酸盐尘埃，其数量与低质量恒星形成区域中的硅酸盐尘埃数量相似。这是在这种极端条件下首次检测到此类分子。对于类地行星和宇宙生命来说，这些观测结果是个好消息：显然，位于一些最恶劣恒星形成环境中的类太阳恒星周围的原行星盘内部区域，与低质量恒星一样能够形成类似地球的岩石行星。它们甚至提供了丰富的水，这是我们所知的生命的必要成分。至于这是否意味着在这种环境中诞生了大量的类地行星，研究人员并不能通过观察单个圆盘来判断。XUE合作小组正在进一步开展观测：JWST将对NGC6357不同部分的另外14个圆盘进行勘测，这将大大有助于解决这一重要问题。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421988.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421988.htm

被人工剥离大量基因的生命体在进化实验中重新获得了失去的能力

被人工剥离大量基因的生命体在进化实验中重新获得了失去的能力JCVI-syn3B的电子显微镜图像，这种合成生命体被设计为拥有任何已知生物体中最小的基因组，只有493个基因。不管是简单的还是复杂的，如果你把一个有机体放在一个环境中，进化过程就会开始工作。但这有一个下限吗？如果一个生命体的基因组仅由基本基因组成，这是否为进化留下了足够的回旋余地来进行试验？或者说，任何微小的变化都可能杀死生物体，这又显得太冒险了？印第安纳大学布卢明顿分校的研究人员想弄清楚。为此，他们求助于一种合成生命体，其基因组是任何已知生物体中最简单的。它最初来自一种被称为支原体的天然微生物，它的基因组已经非常小，只有901个基因。2016年，研究人员将其剥离到绝对必要的程度，包含不到500个基因--相比之下，大肠杆菌的基因组超过4000个基因。最近，其他科学家已经尝试把一些基因放回去，让合成细胞进行分裂或移动。在新的研究中，研究人员使用了一个名为JCVI-syn3B的版本，它只包含493个基因。他们在实验室中对该生命体进行了300天的培养，这足以让其繁殖大约2000代。以人类来说，这相当于大约4万年。该研究的主要作者JayLennon说："其基因组中的每一个基因都是必不可少的。人们可以假设，没有突变的回旋余地，这可能会限制其进化的潜力。"300天过后，研究人员将该菌株与未经历过进化阶段的合成生物体版本以及天然的霉菌一起放入一个新的试验室，以测试其进化的程度。然后这三个菌株进行了经典的"适者生存"的竞争。不出所料，具有相对复杂基因组的自然版本的细菌表现最好。但耐人寻味的是，进化形式的JCVI-syn3B比未进化形式的表现好得多，几乎恢复了最初从其基因组中被剥离的所有能力。仔细检查后，研究小组发现，参与构建细胞外表面的基因进化得最多。然而，其他发生了巨大变化的基因的功能仍然未知。科学家们说，这项研究突出了生命的适应性，并可能有助于为治疗病原体、为特定目的设计微生物以及生命本身的起源等研究提供信息。Lennon说："看来生命中有一些东西是非常强大的，我们可以把它简化到只有最基本的东西，但这也并不能阻止进化的工作。"这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370023.htm

研究发现促进细胞生长的化学物质可让深海鱼在极端压力下生存

研究发现促进细胞生长的化学物质可让深海鱼在极端压力下生存据NewAtlas报道，你有没有想过深海鱼和其他动物是如何在水压会杀死我们人类的环境中生存的？根据最近的一项研究，这个秘密在于一种自然存在于它们细胞中的化学物质。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1322065.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1322065.htm