巨人和微生物统治世界 极端尺寸主导着地球的生物量

巨人和微生物统治世界极端尺寸主导着地球的生物量偏向于大型和小型生物的模式在所有物种类型中都存在，并且在陆地生物中比在海洋环境中更加明显。这项研究强调了微生物和树木的重要性，它们是地球上回收养分和补充空气的"无声伙伴"。"这个结论--地球上的生命主要以最大和最小的尺寸来包装--是一个令我们惊讶的发现，"罗格斯大学环境和生物科学学院（SEBS）生态学、进化和自然资源系副教授、该研究的作者MalinPinsky说。"有时候，似乎蚊子、苍蝇或蚂蚁必须管理这个世界，然而，当我们进行统计时，我们发现，我们的世界是由微生物和树木主导的。这些是无声的伙伴，它们回收养分并补充我们周围的空气。"为了获得这一结果，研究人员花了五年时间汇编和分析关于地球上每一种生物体的大小和生物量的数据--从土壤古菌和细菌等微小的单细胞生物体到蓝鲸和红杉树等大型生物体。他们发现，有利于大型和小型生物的模式在所有类型的物种中都存在，并且在陆地生物中比在海洋环境中更加明显。"最大的身体尺寸出现在多个物种群中，它们的最大身体尺寸都在一个相对狭窄的范围内，"该研究的主要作者EdenTekwa说，他首先作为罗格斯大学的博士后研究员进行研究，然后在不列颠哥伦比亚大学任职。"树、草、地下真菌、红树林、珊瑚、鱼和海洋哺乳动物都有类似的最大身体尺寸，"Tekwa补充说。"这可能表明，由于生态、进化或生物物理的限制，存在着一个普遍的尺寸上限。"他现在是麦吉尔大学生物系的研究助理该研究的另一位作者卡特里娜-卡塔拉诺作为罗格斯大学生态学、进化和自然资源系的一名博士生进行了研究。研究人员说，人类属于由最高生物量组成的尺寸范围，这也是一个相对较大的身体尺寸。这项工作为更好地理解元素的生命过程打开了大门。Pinsky说："身体尺寸是生命的一个基本特征，支配着从新陈代谢率到出生率和世代时间的一切。对哪些身体尺寸最常见进行编目是了解我们周围世界的关键一步"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351837.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351837.htm

新的研究揭示了超级巨大的巨型蜥脚类恐龙是如何实现其创造纪录的尺寸的

新的研究揭示了超级巨大的巨型蜥脚类恐龙是如何实现其创造纪录的尺寸的纽约阿德尔菲大学生物学助理教授、古生物学家MichaelD'Emic说："以前人们认为巨型蜥脚类恐龙在其进化史上有几次独立地进化出它们的特殊尺寸，但通过新的分析，我们现在知道这个数字要高得多，在全球1亿年的时间里，大约有30多个例子。"为了研究长颈鹿身体大小的演变，D'Emic汇编了数百个承重骨的周长测量值，并与它们所属的动物的重量相关联。然后他使用一种叫做祖先状态重建的技术，将近200种长脚动物的重建身体质量映射到它们的进化树上。结果显示，长脚类动物在其进化的早期就达到了它们的特殊尺寸，并且随着每一个新的长脚类动物家族的进化，一个或多个品系独立地达到了超一流的状态。巨型蜥脚类恐龙的进化树显示了它们的身体质量在地质时间上的投影，每个分支代表一个物种，进化出的身体质量大于任何其他生活在陆地上的动物的物种以红色标示。剪影位于最大的巨型蜥脚类恐龙、类似哺乳动物的哺乳动物、类似犀牛的哺乳动物、鸭嘴龙和食肉恐龙的身体质量。"在白垩纪末期与其他恐龙（除了鸟类）一起灭绝之前，巨型蜥脚类恐龙总共进化了30多次其无与伦比的尺寸，"他解释说。"这些最大的巨型蜥脚类恐龙在生态上是不同的，它们的牙齿和头部形状不同，身体的比例也不同，这表明它们在'大体型'的利基中占据的位置彼此有些不同。"对它们的骨骼进行的显微镜研究显示，长脚动物也有着不同的生长速度，这表明这些创造纪录的动物在新陈代谢上是不同的。这反映了哺乳动物的模式，它们在恐龙灭绝后迅速进化出非常大的身体尺寸，然后趋于平稳。D'Emic的发现与"Cope'sRule"（科佩法则）相矛盾，该法则是19世纪流行的关于动物体型随时间演变的理论。相反，新的研究认为，动物达到不同的身体尺寸取决于它们的生态环境和碰巧可以利用的任何空间--当从大尺度上看时这可能显得很随机。他说："虽然其他研究人员已经根据它们独特的特征组合来解释巨型蜥脚类恐龙巨大的尺寸，但没有一个特征或一组特征来描述那些确实超过和没有超过陆地哺乳动物尺寸的巨型蜥脚类恐龙。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369783.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369783.htm

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识

生物学家研制出光动力酵母菌带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识AnthonyBurnett说:“坦率地说，我们对将酵母转化为光养生物(能够利用光能的生物)是多么简单感到震惊。我们所需要做的就是移动一个基因，它们在光照下的生长速度比在黑暗中快2%。没有任何微调或精心的哄骗，它就是有效的。”很容易地为酵母配备这样一个进化上重要的特征，可能对我们理解这种特征是如何起源的意义重大，以及如何将其用于研究生物燃料生产、进化和细胞老化等问题。寻找能量提升这项研究的灵感来自于该小组过去研究多细胞生命进化的工作。该小组去年在《自然》杂志上发表了他们的第一份关于多细胞长期进化实验(MuLTEE)的报告，揭示了他们的单细胞模式生物“雪花酵母”是如何在3000代的时间里进化出多细胞的。在这些进化实验中，出现了多细胞进化的一个主要限制:能量。“氧气很难扩散到组织深处，因此你得到的组织没有能力获得能量。”“我一直在寻找绕过这种基于氧的能量限制的方法。”在不使用氧气的情况下给生物体提供能量的一种方法是通过光。但是从进化的角度来看，将光转化为可用能量的能力是复杂的。例如，允许植物利用光作为能量的分子机制涉及许多基因和蛋白质，这些基因和蛋白质在实验室和自然进化中都很难合成和转移到其他生物体中。幸运的是，植物并不是唯一能将光转化为能量的生物。保持简单生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质:一种无需额外的细胞机制就能将光转化为能量的蛋白质。该研究的主要作者AutumnPeterson说:“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物体在进化过程中相互获取基因而获得的。”这种类型的基因交换被称为水平基因转移，涉及在不密切相关的生物体之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起看似巨大的进化跳跃，比如细菌如何迅速对某些抗生素产生耐药性。这可能发生在所有的遗传信息中，特别是在视紫红质蛋白中。“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中，我们发现我们可以通过将其转移到常规的单细胞酵母中来了解过去在进化过程中发生的视紫红质水平转移。”为了观察他们是否能给单细胞生物配备太阳能视紫红质，研究人员将一种由寄生真菌合成的视紫红质基因添加到普通的面包酵母中。这种特殊的基因被编码为一种视紫红质，这种视紫红质会被插入细胞的液泡中，液泡是细胞的一部分，像线粒体一样，可以将视紫红质等蛋白质产生的化学梯度转化为能量。配备了空泡紫红质，酵母在光照下的生长速度大约快了2%——这对进化来说是一个巨大的好处。“在这里，我们有一个单一的基因，我们只是把它跨环境拉到一个以前从未有过光养性的谱系中，它就这样工作了。”“这表明，这种系统真的很容易，至少有时，在一个新的有机体中发挥作用。”这种简单性提供了关键的进化见解，研究人员说明了“视紫红质能够轻易地在如此多的谱系中传播，以及为什么会这样”。由于空泡功能可能有助于细胞衰老，该小组也开始合作研究视紫红质如何能够减少酵母的衰老效应。其他研究人员已经开始使用类似的新型太阳能酵母来研究推进生物生产，这可能标志着生物燃料合成等方面的重大进步。然而，这一团队更热衷于探索这种额外的好处如何影响单细胞酵母向多细胞生物的转变。“我们有这个美丽的简单多细胞模型系统，”Burnett说，他指的是长期运行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)。“我们想给它光营养，看看它是如何改变它的进化的。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1414981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1414981.htm

进化实验产生了大2万倍且拥有1万倍韧性的酵母菌

进化实验产生了大2万倍且拥有1万倍韧性的酵母菌现在，来自佐治亚理工学院的科学家们报告了一项实验的初步结果，他们希望继续运行几十年，有一个相当高的目标--将单细胞生命体进化成全新的多细胞生命体。定向进化实验已经进行了几十年，甚至在2018年赢得了诺贝尔化学奖，但那些实验通常集中在制造新药或解决其他问题上，而不是堵住我们遥远的家谱上的漏洞。在这个多细胞长期进化实验（MuLTEE）的第一阶段，研究人员从一种叫做雪花酵母的物种开始。这些微生物在摇晃的孵化器中生长，每天研究小组都会进行一次人工自然选择--生长最快、体积最大的菌落被选为进一步培养的对象。重复这个过程数千次，你就可以很好地接近自然进化中有利于某些特征的环境力量。果然，在大约3000代之后，酵母已经进化到形成超过50万个细胞的集群--比原始菌株大2万多倍。在这一过程中，它们变得肉眼可见，并且变得大约1万倍的坚韧，与木材相当。通过该团队的进化实验，雪花酵母细胞从约100个细胞簇（左）成长到50万个细胞（右）。科学家们进行了更深入的调查，以观察在细胞层面上发生了什么，这使他们取得了如此令人印象深刻的进展。他们发现，单个酵母细胞都已经伸展开来，这减少了每组细胞的密度，因此，减少了它们彼此之间的压力。这使得集群不会像通常情况下在一定的密度下发生断裂，从而使它们能够长得更大。但该团队说，仅凭这种机制不应该导致如此戏剧性的增长。因此他们使用扫描电子显微镜进行了更仔细的观察。"我们发现，有一种全新的物理机制，使这些群体能够成长到这种非常、非常大的尺寸，"该研究的第一作者OzanBozdag说。"酵母的枝条已经纠缠在一起--集群细胞进化出类似于葡萄的行为，相互缠绕，加强了整个结构。"虽然"进化的"酵母仍然缺乏真正多细胞生物的许多生物特征，但这种细胞纠缠似乎是通往这一目标的道路上的一个里程碑。实验也远未结束，所以进一步的发展可能正在路上。该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359727.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359727.htm

跳过进化：科学家发现已灭绝的不会跳的袋鼠

跳过进化：科学家发现已灭绝的不会跳的袋鼠在这篇发表于《Alcheringa：澳大利亚古生物学杂志》的评论中，该团队表明，还有其他方法可以成为进化成功的大型袋鼠，而且大型袋鼠不仅擅长耐力跳跃。该评论广泛讨论了过去2500万年来袋鼠及其近亲（包括小袋鼠、树袋鼠、鼠袋鼠等）运动的化石证据，并对四肢骨和踝骨进行了新的分析为先前的运动假设增加权重的度量数据。他们共同表明，现代大型袋鼠典型的更高速度和耐力的跳跃可能在所有大型袋鼠中很少见或不存在，除了少数大型袋鼠，包括现代大型袋鼠的直系祖先，如红袋鼠和灰袋鼠。然而，随着晚更新世大型动物的灭绝（在澳大利亚和其他大陆），袋鼠步态的多样性消失了。虽然今天几乎所有的袋鼠，无论大小，都会在某种程度上使用跳跃步态，但化石记录显示，一些已灭绝袋鼠的运动能力相对多样化。最早确认的晚渐新世至中新世（25至1500万年前）基础类型的袋鼠很可能采用四足跳跃、攀爬和较慢的速度跳跃作为它们的主要运动方式。（今天所有的袋鼠都以低速四足运动，这在较大的物种中表现为五足运动——使用尾巴作为第五肢。）然而，所有这些早期袋鼠的体型都很小，低于12公斤，直到中新世晚期（大约1000万年前）才出现体型较大的袋鼠，它们的体重超过20公斤，这与日益干旱和植被开阔的栖息地的蔓延相吻合。跳跃在较大的体型上存在功能问题。因此，后来的袋鼠辐射的一些成员实现了更专业的解剖结构，可以在35公斤以上的体型上进行有效的高速跳跃。现代大袋鼠是壮观的跳跃者，但今天没有一个超过100公斤（大多数个体低于70公斤），许多已灭绝的袋鼠都远超过这个尺寸，而且身体太大而无法跳跃。布里斯托尔地球科学学院的主要作者克里斯汀·贾尼斯教授说：“我们希望人们认识到，在5万年前，大型袋鼠的多样性要高得多，这也可能意味着澳大利亚当时的栖息地与今天大不相同。“事实上，现代大型跳跃袋鼠是袋鼠进化过程中的例外。”跳跃在较大的体型上存在功能问题。因此，后来的袋鼠辐射的一些成员实现了更专业的解剖结构，可以在35公斤以上的体型上进行有效的高速跳跃。现代大袋鼠是壮观的跳跃者，但今天没有一个超过100公斤（大多数个体低于70公斤），许多已灭绝的袋鼠都远超过这个尺寸，而且身体太大而无法跳跃。布里斯托尔地球科学学院的主要作者克里斯汀·贾尼斯教授说：“我们希望人们认识到，在5万年前，大型袋鼠的多样性要高得多，这也可能意味着澳大利亚当时的栖息地与今天大不相同。事实上，现代大型跳跃袋鼠是袋鼠进化过程中的例外。”虽然跳跃显然起源于袋鼠进化的早期，以小体型出现，但随着中新世晚期较大体型袋鼠的出现，有几种不同的选择：袋鼠，或以更高的速度采用其他形式的运动，如两个主要的灭绝血统。protemnodons（所谓的“巨型小袋鼠”，与现代大型袋鼠密切相关）可能大部分时间都依赖于四足动物类型的运动，很少跳跃。sthenurine短面袋鼠是大约1500万年前从所有现代袋鼠中分离出来的一个谱系，显然在所有速度下都采用双足行走。有关胫骨（胫骨）和跟骨（踝骨）长度的新数据强化了这些早期假设，即这两个已灭绝的群体与现代袋鼠的运动能力存在差异。合著者阿德里安·奥德里斯科尔(AdrianO'Driscoll)曾是布里斯托尔古生物学项目的硕士生，现在是约克大学的博士生，做出了这一贡献。他解释说：“这一新数据特别支持双足跨步而不是在sthenurines中跳跃的概念，因为它们的跟骨缺乏有助于抵抗跳跃过程中脚踝旋转力的解剖结构（长跟骨跟），并建议更直立的肢体姿势，而不是跳跃所必需的蹲姿。”Janis教授总结道：“认为中新世结束后整个大陆的干旱程度增加有选择地有利于跳跃袋鼠的假设过于简单化了。跳跃只是过去和今天袋鼠采用的众多步态模式之一，现代袋鼠的快速耐力跳跃不应被视为某种“进化巅峰”。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366323.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366323.htm

不可思议：猫的进化已经“完美”

不可思议：猫的进化已经“完美”这两个问题的本质其实都是一样的，就是所有猫科动物的长相都出奇的一致，基本只有大小和皮毛颜色之分，而犬科动物会有各种各样不同的身体形式，以及各种各样的生活方式。家猫Von.grzanka其实在动物世界，大部分类群都是和犬科一样，物种彼此间是多样化的，很少有像猫科这样走向统一的。比如熊科，现在地球上有几种熊科动物，但是几乎每种都不同，有高度特化的植食性动物——熊猫和眼镜熊（喜欢吃水果和凤梨科植物）；还有一只脚踏入海洋哺乳动物行列的北极熊；也有吃群居昆虫的懒熊。它们遗传上相近，但是它们的生活方式和长相完全不同。Harsh.kabra.98猫科的生活方式只有一种——猎杀机器，长相也基本只有一种——圆脸！那么，问题就来了，为什么猫科动物会是这样的呢？为什么它们没有像其它类群那样变得多样呢？猫科动物到底有多相似？猫科动物彼此之间的相似度确实比我们想象得还要相似许多。图：一些猫科动物的头骨对比你可能不敢相信，即便是最专业的专家，在没有任何协助的情况下，他都很难分辨出狮子和老虎的头骨。而且，不仅是今天的猫科动物，包括远古时期那些已灭绝的，虽然它们种类繁多，但除了大小之外，它们无论生活方式、还是生理结构都出奇的一致。我们前面提到过宠物猫不像宠物狗那样多样，这个原因就是和猫科出奇一致的长相有关。所有猫科动物的头全部都是一样的，又大又圆，而且不会随着它们成熟而被拉长（其实咱们人类也是这种情况）。宠物狗则不同，它们在婴幼儿期也是圆脸，但是随着成年，它们的头会被拉长，饲养者正是利用这种发育变异来创造不同脸型的品种。由于宠物猫随着年龄的增长头只是变大了，所以容貌这方面是没啥好培养的，也很难变得多样。猫科动物的头之所以是这样的，是因为它们的身体非常专业化，对于头部而言，主要体现在牙齿。每一种被称为食肉动物的哺乳动物，包括猫和犬，都有一个上颌的第四前臼齿和一个下颌的第一臼齿，它们组成了适合切肉的一对臼齿。图：猫科动物的牙齿很多食肉动物的臼齿还会在这对“切齿”的后面，这可以帮助他们磨碎植物之类的东西，但是猫科动物在它们锋利的切齿后面几乎没有东西。有一些猫科动物可能有一个小疙瘩，被称为钉牙，但它不能处理东西。这就是为什么同样进入人类社区的狐狸和豹子过着完全不同的生活——狐狸非常喜欢翻垃圾，而豹子只会杀死牲畜。为什么猫科高度相似？现在我们可以回答前面抛出的问题了！其实原因特别简单，猫科动物已经完全趋同了，除了体型之外它们不会有太多不同。但为什么会这样趋同呢？考虑到现代猫科的生态位——当之无愧的兽中之王，一种解释认为，猫科的身体已经不需要再改变了，它们在自己的领域已经达到了最顶级或者说已经“完美”了。相较于其它动物，猫科的进化确实是非常缓慢，而且在猫科出现的历史上，它们都是最顶级的捕食者，任何试图与它们竞争的类群都只能被喊做“二哥”，并尽量减少与它们猎物的重叠。所以，说已经做得足够好，确实没啥毛病。然而你可能会想到，动物世界不是应该越多样才算越成功吗？猫科动物在进化上的同一性、缺乏变异性，能算是成功吗？图：AnjaliGoswami猫科的成功确实和其它类群不一样，根据伦敦自然历史博物馆的进化生物学家安贾利·戈斯瓦米(AnjaliGoswami)说法：“猫挑战了进化生物学中的标准偏见！那些什么都做的类群，更多得是因为它们做得不够好，所以一直不停地在做着不同得尝试，直到找到最适合自己的，而猫科已经足够完美，所以不需要继续尝试。”老实说，看到这样的解释有点哲学，但我还是比较认可的。MarcelOosterwijk我最近经常在鬣狗的演化，我就发现一个事实，鬣狗科在过去非常繁荣，它们尝试过许多种活法，但最后都失败了，只有一种最适合它们，就是寻找骨头并咬碎它、利用它，所以每次崛起的都是这种饮食方式的鬣狗。但即便是这种最适合鬣狗的生活方式，它们也完全无法和猫科竞争，可见猫科确实非常完美。最后：其它动物都在试图成为“猫”！关于猫科是进化的“完美体”，从其它哺乳动物的一些表现也可以看出来，因为许多类群在进化上都趋向于猫科。有袋动物试图成为猫。一种已经灭绝的食肉动物，叫做食齿兽，曾试图变成猫。现存的食肉哺乳动物就更别提了，许多都在试图以不同的方式变得有点像猫，比较明显的是鼬科和蒙科。但它们在猫的身份上时有时无，而且它们无法真正在自己的空间里与猫竞争，所以只能在成为猫的路上再做点其它事情，这让它们难以成为猫。如今，并没有哺乳动物类群能很好地扮演猫的角色。但是，爬行动物界也有一种和猫科类似的情况，那就是巨蜥科，它们的体型差异巨大——体型范围可能比猫更大，但却基本完全相同，它们也是顽固的肉食动物。原文：https://www.scientificamerican.com/article/cats-are-perfect-an-evolutionary-biologist-explains-why/...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390603.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390603.htm