科学家发现首个有两套DNA的动物

科学家发现首个有两套DNA的动物黄疯蚁是一种臭名昭著的入侵物种，主要分布在东南亚和大洋洲，对无脊椎动物甚至一些小型哺乳动物构成威胁。在爪哇南部的澳大利亚圣诞岛，黄疯蚁捕杀了大量该地区特有的红蟹。关于黄疯蚁怪异生物学特征的第一个线索来自对其基因组中散布的遗传标记的研究。雄性黄疯蚁似乎携带了两个版本的遗传标记。这是一个令人困惑的特征，因为在大多数蚂蚁中，雄性蚂蚁是由未受精卵发育而来，因此只有一个基因组拷贝。一些蚂蚁物种偶尔会有“二倍体”雄性，即有两个基因组拷贝，但这些雄性通常是不育的。德国美茵茨大学进化生物学家HugoDarras指出，黄疯蚁的所有雄性都是二倍体，这真的很奇怪，似乎完全说不通。为了确定发生了什么，Darras团队分析了从东南亚收集的黄疯蚁单个细胞。他们发现，每个雄性细胞只包含蚂蚁基因组的一个拷贝，但这种基因组在细胞之间是不同的。有些细胞拥有存在于蚁后中的谱系，由“R”染色体定义，而其他细胞则携带不同基因组的一个单独拷贝，由“W”染色体定义。蚁后的细胞中有两个W基因组拷贝，而不育的雌性工蚁的每个细胞中都有每个谱系的一个拷贝。Darras团队发现，雄性的嵌合体在蚂蚁的种姓制度中起着至关重要的作用。所有蚁后的卵细胞都携带R基因组的一个拷贝。如果这个卵子被具有R基因组的精细胞受精，就会产生一个蚁后。然而，如果卵子被W精子受精，则有两种可能的结果：如果两个含有基因组的细胞核融合，就会形成二倍体工蚁；如果细胞核不融合，卵子就会发育成一个嵌合的雄性，一些细胞携带R基因，另一些细胞携带W基因。美国洛克菲勒大学生物学家DanielKronauer说：“就我们所知，这是一种无与伦比的生物学现象。”黄疯蚁的嵌合体可能有助于提高该物种逃避生态系统不利影响的能力。蚁后有专门的器官储存来自多个雄性的精子。这意味着一个单独储存R和W精子的蚁后可以建立一个新的蚁群。澳大利亚詹姆斯·库克大学生态学家LoriLach想知道，研究人员是否可以利用它们奇特的生物学特性阻止蚂蚁种群扩大。黄疯蚁...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353973.htm

科学家为困惑古生物学家150年的神秘巨骨揭开新谜底

科学家为困惑古生物学家150年的神秘巨骨揭开新谜底巨大的鱼龙浮尸在海面上的复原图。在欧洲各地的海洋沉积物中都发现了鱼龙的残骸。图片来源：MarcelloPerillo/波恩大学1850年，英国博物学家塞缪尔-斯塔奇伯里在一份科学杂志上报告了一个神秘的发现：在布里斯托尔附近的化石矿藏AustCliff发现了一块巨大的圆柱形骨头碎片。此后，类似的骨头碎片在欧洲各地都有发现，包括北莱茵-威斯特法伦州的博嫩堡和法国普罗旺斯地区。2亿多年前，这些地区被淹没在巨大的海洋之下，海洋覆盖了西欧和中欧的大片地区。沉积物中保存着当时动物世界的化石遗骸，包括海洋和沿海居民。关于这些大型骨骼化石属于哪一类动物至今仍存在一些争议。斯塔奇伯里在对首次发现的化石进行研究时认为，这些化石来自一种已灭绝的类似鳄鱼的陆地生物--迷齿亚纲（labyrinthodontia）。然而，这一假设遭到了其他研究人员的质疑，他们认为这些化石来自长颈龙、剑龙或一个仍然完全未知的恐龙类群。长期以来，人们一直不清楚这些骨骼化石来自哪种动物。现在的新研究表明，它们来自鱼龙。图片来源：MarcelloPerillo/波恩大学由蛋白质纤维组成的不寻常组织马塞洛-佩里洛解释说："早在20世纪初，其他一些研究人员就已经推测这些化石可能是巨大鱼龙的化石。"这位年轻的研究员在波恩大学地球科学研究所马丁-桑德（MartinSander）教授领导的研究小组中对这一理论进行了研究，这是他硕士论文的一部分。作为工作的一部分，他研究了化石骨组织的微观结构。他说："相似物种的骨骼一般具有相似的结构。因此，骨组织学--骨组织分析--可以用来得出结论，说明该发现源自哪个动物群。"研究人员使用改装过的钻头，能够在不破坏珍贵化石的情况下取出骨头碎片。由此获得的薄薄的骨骼横截面使研究微观结构成为可能。图片来源：DeborahHutchinson/布里斯托尔博物馆和艺术馆佩里洛首先从至今尚未分类的骨骼中提取样本。他说："我比较了英格兰西南部、法国和博嫩堡的标本。它们都显示出一种非常特殊的特性组合。这一发现表明，它们可能来自同一动物群"。然后，他用一种特殊的显微镜证明，骨壁具有非常不寻常的结构：它含有矿化胶原蛋白（一种蛋白质纤维）的长链，这些长链以一种独特的方式交织在一起，而这种交织方式在其他骨骼中尚未发现。具有类似结构的鱼龙骨骼有趣的是，加拿大的大型鱼龙化石也具有非常相似的骨壁结构。佩里洛强调说："然而，这种结构在我研究过的其他动物群的化石样本中并没有发现。因此，看来这些碎片也极有可能属于鱼龙，而且这些发现驳斥了这些骨头来自陆生恐龙的说法"。这些化石很可能来自海洋生物的下颚。通过将化石碎片的大小与该动物群中其他物种的下颚进行比较，可以推断出这些动物的长度：正如鱼龙理论的支持者在早些时候的一项研究中最初推测的那样，它们的长度可能达到25米到30米。佩里洛说："不过，这个数字只是估计，还远远不能确定--直到我们找到更完整的化石遗骸。尽管如此，这些化石肯定异常巨大。"最早的鱼龙生活在距今约2.5亿年前的三叠纪早期的古海洋中。像鲸鱼一样大的鱼龙很早就出现了，但最大的鱼龙大约在2.15亿年前才出现。在2亿多年前的三叠纪末期，几乎所有鱼龙物种都灭绝了。它们骨壁的不寻常结构--类似于碳纤维增强材料--可能使骨骼非常稳定，同时允许快速生长。佩里洛说："即使动物正常进食，这些巨大的下颚也会受到强大的剪切力。这些动物也有可能用鼻子撞击猎物，类似于今天的虎鲸。不过，目前这还只是纯粹的推测。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427167.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427167.htm

生物学家发现了关于地球上第一批动物的新线索

生物学家发现了关于地球上第一批动物的新线索化石记录显示，地球上的第一个动物生命大约在5.72-6.02亿年前，就在地球走出大规模冰期的时候，尽管分子研究表明开始时间更早，达8.5亿年前。如果是真的，这意味着动物必须经历多次全球冰期，当时世界上大部分地区都被冰覆盖（雪球和泥球），降雪量比此后任何时候都大。如果生命确实可以在这些超强的冰川时代之前或期间出现，它将遇到与今天南极洲和北极地区的海洋生态系统相类似的环境，并需要一套类似的生存策略。在整个寒冷和温暖时期，冰原的扩张和收缩刺激了南极洲数千种不同的动物和植物物种在数百万年中的发展。地球上的动物生命的进化也可能是这样的。虽然极地地区在我们看来是对生命最不利的环境，但它们是研究我们星球以外的宇宙中生命的历史和可能性的理想地点，例如像木卫二这样的冰卫星。海洋生物学家和主要作者，英国南极调查局（BAS）的HuwGriffiths博士说："这项工作强调了极地地区的一些动物是如何令人难以置信地适应冰中和冰周围的生活的，以及它们可以告诉我们在过去甚至在其他星球上的生命进化和生存的情况。无论是生活在冰底的动物，生活在厚厚的浮冰架下数百公里的海绵，适应生活在超过-2℃的海水中的生物，还是在黑暗中依靠不需要阳光的食物来源而存在生命的社区，南极和北极的生命在会杀死人类和大多数其他动物的条件下茁壮成长。但这些寒冷和冰冷的条件有助于推动海洋循环，将氧气带入海洋深处，并使这些地方更适合生命的发展。"浮冰在冬季覆盖了南极洲周围超过1900万平方公里的海域和北冰洋1500万平方公里的海域。在可能是最极端的雪球地球下，在低温时期（7.2亿到6.35亿年前）持续了5000万到6000万年，整个世界（5.1亿平方公里）被认为是被埋在大约一公里厚的冰里，但有一些证据表明，这种冰在赤道上足够薄，允许海洋藻类生存。"在已知的化石记录和分子钟（一种根据生物大分子的突变率推断两个或多个生物在演化历史上分离的时间的技术）之间，动物生命的开启时间存在这种巨大的差异，这意味着关于动物如何以及在哪里进化存在巨大的不确定性，"共同作者、剑桥大学的古生物学家和生态学家EmilyMitchell博士说。"但是，如果动物确实在这些全球冰期之前或期间进化，它们将不得不应对极端的环境压力，但这些压力可能有助于迫使生命变得更加复杂以生存。""就像南极洲在最后一次冰川期（3.3-1.4万年前）一样，大量前进的冰块会推平浅滩，使其不适合生命，破坏化石证据并迫使生物进入深海。这使得发现这些时代的化石的机会减少，而深海是生命进化的最安全的地方"。BAS的极地古生物学家和该研究的共同作者RowanWhittle博士说："古生物学家经常从过去来告诉我们未来的气候变化可能是什么样子，但在这种情况下，我们是在寻找地球上最冷和最极端的栖息地，以帮助我们了解第一批动物可能面临的条件，以及现代极地生物如何在这些极端条件下生长。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333553.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333553.htm

科学家发明荧光探针 揭示细胞生物学"暗物质"的新奥秘

科学家发明荧光探针揭示细胞生物学"暗物质"的新奥秘糖在我们的生活中无处不在，几乎存在于我们吃的所有食物中。但这些简单碳水化合物的重要性远不止于美味的甜点。糖对生物体内几乎所有的生物过程都至关重要，天然存在的糖分子种类繁多。Cecioni说："构成生物体的所有细胞都覆盖着一层称为糖的糖基分子。因此，糖几乎处于所有生理过程的第一线，在维持健康和预防疾病方面发挥着根本性的作用"。"锁和钥匙"图。资料来源：塞西奥尼实验室他补充说："长期以来，科学家们认为细胞表面的复杂糖类只是一种装饰。但我们现在知道，这些糖与许多其他类型的分子相互作用，特别是与凝集素--一个庞大的蛋白质家族有着相互作用。"与糖类一样，凝集素也存在于所有生物体中。这些蛋白质具有独特的识别能力，能暂时附着在糖类上。这种相互作用发生在许多生物过程中，例如在感染引发的免疫反应过程中。最近，凝集素引起了人们的广泛关注。这是因为科学家们发现，凝集素"粘附"在糖类上的现象在许多疾病的出现中起着关键作用。塞乔尼说："我们对糖和凝集素之间的相互作用研究得越多，就越能认识到它们在疾病过程中的重要性。研究表明，细菌在我们的肺部定植、病毒入侵我们的细胞，甚至癌细胞欺骗我们的免疫系统，使其误以为自己是健康细胞，都与这种相互作用有关。"难以检测......直到现在关于糖和凝集素之间的相互作用是如何展开的谜题仍有许多缺失，因为它们很难研究。这是因为这些相互作用是瞬时的、微弱的，因此检测是一项真正的挑战。塞西奥尼的两名学生，硕士研究生塞西尔-布施（CécileBousch）和博士研究生布兰登-弗勒兹（BrandonVreulz）想到了用光来检测这些相互作用。三位研究人员开始着手制造一种化学探针，能够"冻结"糖和凝集素之间的相遇，并通过荧光使其可见。糖和凝集素之间的相互作用可以用"锁和钥匙"的关系来描述，其中"钥匙"是糖，"锁"是凝集素。化学家们已经创造出了能够阻断这种"锁与钥匙"相互作用的分子，现在可以准确地识别出哪些糖与凝集素结合，这对人类健康具有重大意义。Cecioni解释说："我们的想法是用发色团（一种赋予分子颜色的化学物质）标记糖分子。这种发色团实际上具有荧光性，这意味着如果糖与凝集素的结合被有效捕获，它就会发出荧光。科学家们就可以研究这些相互作用的内在机制以及可能产生的干扰"。塞西奥尼和他的学生相信，他们的技术可以用于其他类型的分子。他们甚至有可能控制新产生的荧光标记探针的颜色。通过将分子间的相互作用可视化，这一发现为研究人员提供了研究生物相互作用的宝贵新工具，其中许多相互作用对人类健康至关重要。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397829.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397829.htm

科学家成功让DNA和蛋白质等生物物质转化为固态保存

科学家成功让DNA和蛋白质等生物物质转化为固态保存固态生物药片溶解于水（左），激活生物机器按需生产（右）的图示。图片来源：EhsanFaridi和EhsanKeshavarzi（Inmywork工作室）设计生物材料，如mRNA、酶和抗体，是制造新药和诊断测试工具的关键，但在储存、运输和使用过程中很容易受到环境条件变化的影响。不适当的储存和处理会导致它们变质或失去功能，对资源有限或服务不足地区的可用性构成重大障碍。例如，辉瑞COVID+19疫苗的推广速度和广度都受到了限制，因为需要深冷冻箱进行储存和运输。更广泛地说，根据IQVIA人类数据科学研究所的数据，即使在有冷藏基础设施的情况下，也有10%以上的案例发生了故障，每年造成的损失超过350亿美元。为了克服一些关键的局限性，位于加利福尼亚州圣路易斯奥比斯波市的加州州立理工大学（CalPoly）的研究人员开发出了一种新的生物材料储存方法，该方法在科学界和医学界有着巨大的应用潜力。当我们大多数人打开药柜时，会发现药品以液体、胶囊包装的粉末、药丸和药片等形式储存。事实证明，药品的每种形态都对药品的储存和使用起着重要作用。除少数例外情况外，药物等生物材料目前只能以冷冻或冷藏液体和冻干粉末的形式储存。没有类似药片的形式限制了这一领域的发展，往往使其难以送达需要的地点和用户。"正如药片改变了我们服用药物的方式一样，固态存储平台为我们处理和使用生物材料开辟了新的可能性，释放了现有疗法和新兴生物技术的潜力，"领导新存储平台研究的化学与生物化学副教授JavinOza博士说。大多数生物材料都需要以液体形式储存，并在保质期内冷冻在深冷冻箱中。实践中我们通过一个由冰箱和冷冻箱组成的复杂综合系统（即冷链）来实现这一目标。近年来，包括加州理工学院研究小组在内的许多研究团队在生物材料的冷冻干燥方面取得了进展，改善了生物材料的储存和处理方式，但冷冻干燥的使用仍然有限。生物制剂的固态存储是下一个重大进展，因为药片具有独特的优势，可以更好地保存它们封装的材料。例如，这项创新使研究人员能够将生物材料封装成片剂，在室温下储存在货架上，然后加入水中溶解，按需使用。除了确保生物材料的稳定性和活性外，固态储存技术的开发还能确保药片迅速崩解并溶解到水中。Oza补充说："我们的创新使生物制剂的储存和使用变得像阿司匹林片剂一样简单，只需将其滴入水中，混合后即可使用。"作为固态存储平台支持复杂生物制剂混合物能力的一个测试案例，研究小组证明，能够将遗传信息解码成RNA和蛋白质的细胞机械可以存储在固态中。当加入水中时，该机器会重新激活，对遗传信息进行解码，就像它仍在细胞内一样。研究小组还进一步证明，CRISPR等新兴生物技术工具可以在固态存储后被激活。研究小组的成果展示了广泛的应用潜力。在室温下储存生物制剂并按需激活它们的能力，对于向无法使用冷链的偏远地区提供治疗非常有用。例如，可以设想在偏远地区按需生产便携式疫苗。该平台还可用于诊断测试，从COVID-19筛选到废水污染物测试，只需改变药片的成分即可。在现场使用时，固态存储的另一个好处是使用简单，减少了对技术人员进行专业培训的需要，进一步提高了在需要时的可及性。该平台还需要进一步改进，以适应特定的使用情况。研究人员预计，额外的改良（如涂层）可以帮助固态存储更适合承受极端环境，如高温、潮湿和化学物质。此外，对固态生物制剂的处理和涂层的不断改进，还能使生物药片口服而非注射。如果取得成功，胰岛素和Humira（治疗关节炎的免疫抑制药物）等药物有朝一日可以口服而不是注射，从而改善数百万人的生活质量。由于生物技术领域发展迅速，其潜在影响已超出了医疗保健领域，而是扩展到生物制造、教育和研究领域。这项创新还可能影响到生物制剂在全球各地的运输方式，以及按需生产救命疗法的太空运输方式。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375765.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375765.htm

约翰霍普金斯大学科学家解开夜盲症30年的生物学之谜

约翰霍普金斯大学科学家解开夜盲症30年的生物学之谜5月14日发表在《美国国家科学院院刊》上的这一研究结果表明，名为G90D的视紫红质基因突变会产生一种不寻常的背景电"噪音"，使眼睛的视杆细胞（即位于眼睛后部视网膜上负责夜间视力的细胞）脱敏，从而导致夜盲症，这种先天性疾病会导致弱光环境下的视力低下。该研究的作者写道，对异常电活动的识别可以"为未来的治疗干预提供目标"。约翰霍普金斯大学医学院神经科学系教授、博士King-WaiYau说，这些电事件可以帮助科学家更好地了解眼睛的视杆细胞和视锥细胞是如何发挥作用的。这项研究由Yau和博士后研究员ZuyingChai领导。"众所周知，视紫红质中的G90D突变会产生背景电噪声，使杆状细胞脱敏，但这种'噪声'的性质及其精确的分子来源近30年来一直没有得到解决，"Yau说。"我们能够通过一种G90Drhodopsin表达水平非常低的小鼠模型来帮助解决这种疾病的机制问题。"在比较基因工程小鼠体内G90D的低表达水平和人类夜盲症患者体内G90D的表达水平时，作者得出结论，振幅低但频率极高的异常电活动可能是导致人类夜盲症的最大原因。除了不寻常的电噪声之外，人们还知道视紫红质会产生另一种叫做自发热异构化的电活动，即视紫红质分子内部的热能触发视紫红质随机激活。与观察到的异常电活动不同，G90Drhodopsin的自发异构化表现出振幅高但频率低的特点。研究人员在实验中发现，G90Drhodopsin的自发异构化率比正常rhodopsin高约两百倍，但它们的杆适配效应并不高，不足以在很大程度上导致人类的夜盲症。资料来源：King-WaiYau实验室在大多数情况下，视杆细胞对光线非常敏感，但对于夜盲症患者来说，视杆细胞无法准确探测光线的变化，在黑暗中也无法发挥作用。Yau说，夜盲症患者需要更明亮的光线才能在弱光环境下看清东西。几十年来，尽管研究人员知道G90D基因突变，但他们一直难以确定它是如何导致夜盲症的，因为以前带有这种突变的小鼠模型会产生高水平的背景噪声，产生类似于背景光的效果，而小鼠的视杆细胞会很快适应这种背景光。这使得研究人员难以准确测量这种突变的信号效应。为了解决这个问题，约翰霍普金斯大学医学院的研究人员对小鼠进行了基因改造，使小鼠体内的G90D低表达，这一水平相当于小鼠自然群体中正常视紫红质表达量的0.1%。这使研究人员能够区分G90D突变小鼠产生的不同类型的活动，就像几乎没有或根本没有等效的背景光存在一样。科学家们用一种高分辨率的方法记录了小鼠视网膜中单个视杆细胞的电活动，他们用一根超细玻璃吸管（宽度约为人头发丝的七十分之一）吸入了能够导电的生理盐水溶液。"实际上可以看到这些事件，"Yau说。"我们使用了一种非常特殊的技术--吸管记录技术，以如此高的分辨率记录活动，以至于如果一个视黄素分子发生异构化或激活，我们就能看到，因为这会导致电流发生变化。"G90D是与夜盲症有关的四种斜视蛋白突变之一。第一作者Chai说，下一步要做的是确定其他视黄素突变（T94I、A292E和A295V）是如何导致这种病症的。导致G90D夜盲症的机制可能与导致这种病症的其他三种视网膜视蛋白突变相似。编译来源：ScitechDailyDOI:10.1073/pnas.2404763121...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432781.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432781.htm