跨物种心脏研究为人类进化提供了新认识

跨物种心脏研究为人类进化提供了新认识 一项比较人类和类人猿心脏的研究显示，人类在进化过程中出现了重大的适应性变化，包括心脏肌肉更光滑、小梁更少，从而改善了心脏功能，以支持更高的代谢需求和有效的体温调节。来自斯旺西大学和 UBC Okanagan大学的一个国际研究小组通过研究人类和其他类人猿的心脏，对人类的进化有了新的认识。尽管有着共同的祖先，人类却发展出了更大的大脑和用两条腿走路或奔跑的能力，这些适应性很可能是为了长途旅行和狩猎而进化而来的。现在，通过发表在《通讯生物学》（Communications Biology）上的一项关于心脏形态和功能的新比较研究，研究人员相信他们已经发现了进化之谜的另一个部分。研究小组将人类心脏与进化近亲的心脏进行了比较，这些近亲包括非洲野生动物保护区和欧洲动物园中饲养的黑猩猩、猩猩、大猩猩和倭黑猩猩。在这些类人猿的常规兽医治疗过程中，研究小组使用超声心动图一种心脏超声波生成左心室的图像，左心室是心脏的腔室，负责将血液泵送到全身各处。在非人类类人猿的左心室内，肌肉束延伸到心腔内，称为小梁。黑猩猩母子的照片。图片来源：UBC 奥肯那根大学罗伯特-沙夫博士UBCO 健康与运动科学学院博士生布莱尼-库里（Bryony Curry）说："健康人的左心室相对平滑，主要是紧密的肌肉，而非人类类人猿的左心室则更多是网状结构。这种差异在心脏底部的顶点最为明显，我们发现非人类类人猿的心脏小梁大约是人类的四倍"。研究小组还利用斑点追踪超声心动图测量了心脏的运动和速度，这种成像技术可以追踪心肌收缩和放松时的形态。布莱尼说："我们发现，心脏小梁的程度与变形、旋转和扭转的程度有关。换句话说，人类的小梁最少，但我们观察到的心脏功能却相对较强。这一发现支持了我们的假设，即人类心脏的进化可能脱离了其他非人类类人猿的结构，以满足人类独特生态位的更高要求。"与其他类人猿相比，人类的大脑更大，体力活动更多，这也与新陈代谢需求更高有关，而新陈代谢需求更高要求心脏能向身体泵出更多的血液。同样，较高的血流量也有助于提高人类的降温能力，因为靠近皮肤的血管会扩张，表现为皮肤潮红，并将热量散失到空气中。斯旺西大学医学、健康与生命科学院高级讲师艾米-德兰（Aimee Drane）博士说："从进化的角度来看，我们的研究结果可能表明，人类心脏承受着选择性压力，以适应直立行走和管理热应力的需求。""目前尚不清楚的是，非人类类人猿的心脏小梁较多，是如何适应其生态位的。也许这是祖先心脏残留的结构，尽管在自然界中，形式往往服务于功能"。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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（Strongylura notata）"躲藏"在加勒比海库拉索岛附近的海面下。资料来源：Juliette Jacquemont（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（Katharina Alter）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： 手机版：

巨猿研究揭示 Y 染色体比 X 染色体进化更快

巨猿研究揭示 Y 染色体比 X 染色体进化更快 猿类性染色体研究来自宾夕法尼亚州立大学、美国国家人类基因组研究所和华盛顿大学的一个国际研究小组为五个类人猿物种和一个较小类人猿物种的性染色体制作了完整的"端对端"参考基因组。他们的研究揭示了雄性特异性 Y 染色体的快速进化变化。这些发现加深了我们对性染色体进化的理解，有助于我们了解影响类人猿和人类的遗传疾病。类人猿中 Y 和 X 染色体的重要性"Y染色体对人类的生育能力非常重要，而X染色体则蕴藏着对生殖、认知和免疫至关重要的基因，"宾夕法尼亚州立大学生命科学维恩-威拉曼讲座教授、生物学教授兼研究小组组长卡捷琳娜-马科娃（Kateryna Makova）说。"我们的研究为今后研究性染色体、它们如何进化以及与之相关的疾病打开了大门。我们研究的非人类巨猿物种都濒临灭绝。获得它们完整的性染色体序列将有助于研究它们在野外的性别特异性散布及其对繁殖和生育的重要基因"。宾夕法尼亚州立大学和美国国家人类基因组研究所的研究人员领导的一项国际合作新生成了六个灵长类物种的性染色体的完整基因组，揭示了类人猿Y染色体的快速进化。这些结果可以为保护这些濒危物种提供信息，并揭示人类和我们近亲中与性有关的遗传疾病。图片来源：设计：鲍勃-哈里斯；摄影：圣地亚哥动物园和塔尔萨动物园从 Y 染色体变异性看进化的启示这种参考基因组是一个具有代表性的例子，有助于今后对这些物种的研究。研究小组发现，与 X 染色体相比，Y 染色体在不同猿类物种之间的差异很大，而且含有许多物种特有的序列。然而，它仍然受到纯化自然选择的影响这种进化力量通过清除有害突变来保护其遗传信息。这项新研究最近发表在《自然》杂志上。基因组测序的技术进步马科瓦说："2001年，研究人员对人类基因组进行了测序，但实际上并不完整。当时可用的技术意味着某些空白没有被填补，直到2022-23年由端粒到端粒（Telomere-to-Telomere，简称T2T）联盟领导的一项新的努力。我们利用人类T2T联盟开发的实验和计算方法，确定了我们在世近亲类人猿性染色体的完整序列。"类人猿的比较基因组学研究小组为五种类人猿黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩、婆罗洲猩猩和苏门答腊猩猩以及一种较小的类人猿暹罗猿制作了完整的性染色体序列。他们为每个物种的一个个体生成了序列。生成的参考基因组可作为基因和其他染色体区域的图谱，帮助研究人员对该物种其他个体的基因组进行测序和组装。这些物种以前的性染色体序列不完整，或者婆罗洲猩猩和暹罗猩猩的性染色体序列不存在。该研究的共同第一作者、宾夕法尼亚州立大学博士后研究员 Karol Pál 说："Y 染色体的测序一直是个挑战，因为它包含许多重复性区域，而且由于传统的短线程测序技术是在短时间内对序列进行解码，因此很难将得到的片段按照正确的顺序排列。T2T方法使用长读数测序技术，克服了这一难题。我们与美国国家卫生与遗传研究所（NHGRI）的亚当-菲利皮（Adam Phillippy）研究小组合作，结合计算分析的进步，使我们能够完全解决以前难以测序和组装的重复区域。通过比较 X 染色体和 Y 染色体之间以及不同物种之间的差异，包括与之前生成的人类 X 染色体和 Y 染色体的 T2T 序列的差异，我们了解到了有关它们进化的许多新情况。"Y 染色体的高变异性宾夕法尼亚州立大学医学基因组学中心主任马科瓦说："性染色体开始时与其他任何一对染色体一样，但 Y 染色体由于在其大部分长度上不与其他染色体交换遗传信息，因此在积累许多缺失、其他突变和重复元素方面一直独树一帜。"因此，研究小组发现，在六个猿类物种中，Y 染色体在包括大小在内的各种特征上的变化要比 X 染色体大得多。在所研究的猿类中，X 染色体的大小从黑猩猩和人类的 1.54 亿个 ACTG 字母（代表组成DNA的核苷酸）到大猩猩的 1.78 亿个字母不等。相比之下，Y染色体的大小从暹罗猩猩的3000万个DNA字母到苏门答腊猩猩的6800万个字母不等。例如，人类和黑猩猩之间约有 98% 的 X 染色体是一致的，但它们之间只有约三分之一的 Y 染色体是一致的。研究人员发现，部分原因是 Y 染色体更有可能被重新排列或部分遗传物质被复制。此外，在 Y 染色体上，重复序列所占染色体的百分比变化很大。根据物种的不同，重复元素占 X 染色体的 62% 到 66%，而占 Y 染色体的 71% 到 85%。与人类基因组中的其他染色体相比，X 和 Y 染色体上的这些百分比都更高。Y 染色体生存策略马科瓦说："我们发现猿猴的Y染色体正在缩小，积累了许多突变和重复，并丢失了基因。那么，为什么Y染色体没有像以前的一些假说所说的那样消失呢？我们与坦普尔大学的谢尔盖-科萨科夫斯基-庞德等人合作发现，Y染色体上仍有许多基因在净化选择一种保持基因序列完整的自然选择下进化。其中许多基因对精子发生非常重要。这意味着 Y 染色体不可能很快消失。"研究人员发现，Y 染色体上的许多基因似乎采用了两种生存策略。第一种是利用基因冗余染色体上存在同一基因的多个拷贝这样基因的完整拷贝就能补偿可能发生突变的拷贝。研究小组首次完成了猿类性染色体上多拷贝基因家族的图谱，从而量化了这种基因冗余。第二种生存策略是利用回文，即 DNA 字母表中的字母序列后跟有相同但倒置的序列，例如 ACTG-GTCA。当基因位于回文染色体内时，就能从回文染色体纠正突变的能力中获益。帕尔说："我们发现，Y染色体可以在两个回文染色体臂的重复序列之间与自身交换遗传信息。当同一基因的两个拷贝位于回文染色体内，其中一个拷贝发生突变时，可以通过与另一个拷贝进行基因交换来挽救突变。这可以弥补Y染色体与其他染色体遗传信息交换的不足。"研究小组还首次获得了猿类性染色体上回文染色体的完整序列，因为以前很难对它们进行测序和研究。他们发现，猿猴 Y 染色体上的回文染色体特别多而且特别长，但它们通常只在近亲物种之间共享。猿类基因组研究的进展研究人员还与约翰-霍普金斯大学的迈克尔-沙茨及其团队合作，对 129 只大猩猩和黑猩猩的性染色体进行了研究，以更好地了解每个物种内部的遗传变异，并寻找自然选择和其他进化力量作用于它们的证据。宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授、论文作者之一 Zachary Szpiech 说："通过将大猩猩和黑猩猩的性染色体测序读数与我们的新参考序列进行比对，我们从之前研究过的大猩猩和黑猩猩个体中获得了大量新信息。虽然未来增加样本量将非常有助于提高我们检测不同进化力量特征的能力，但在与濒危物种合作时，这在伦理和后勤方面都可能具有挑战性，因此我们能最大限度地利用现有数据是至关重要的。"研究人员探索了能够解释大猩猩内部和黑猩猩内部 Y 染色体变异的各种因素，这一分析揭示了 Y 染色体上净化选择的额外特征。对未来研究和保护工作的影响宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授克里斯蒂安-胡贝尔（Christian Huber）是这篇论文的作者之一，他说："我们将生物信息学技术和进化分析有力地结合在一起，使我们能够更好地解释我们的近亲类人猿性染色体的进化过程。"此外，我们制作的参考基因组将有助于未来对灵长类进化和人类疾病的研究。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《种群 S01》简介：种群 S01以生物种群为主题，讲述在某个特定环境或情境下，不同生物种群之间的生存竞争、进化演变等故事。可能

《种群 S01》 简介：种群 S01以生物种群为主题，讲述在某个特定环境或情境下，不同生物种群之间的生存竞争、进化演变等故事。可能涉及到人类与其他生物种群的冲突，或是生物种群内部的复杂关系，剧情充满科幻和生物学知识元素 标签： #种群#科幻生物剧#生存竞争剧#生物进化剧 文件大小 NG 链接：

对海洋蜗牛的研究表明：重大的进化转变是逐步发生的

对海洋蜗牛的研究表明：重大的进化转变是逐步发生的 生物学家发现，重大的进化转变是逐步发生的，而不是通过突然的、戏剧性的"怪物"步骤发生的，从而解决了关于飞行、视觉和活产等重大创新是如何进化的长期争论。进化通常是一个循序渐进的过程，一步一步地进行，但偶尔也会产生引人注目的新功能，比如羽毛最终使鸟类能够飞翔。到目前为止，人们还很难理解这些重大的进化变化是如何发生的，部分原因是其中许多变化发生在很久以前，部分原因是很难想象中间阶段。有些人认为，这些变化是大步发生的，大效应的突变产生了"充满希望的怪物"；另一些人则认为，创新是逐步形成的，自然选择倾向于中间阶段。活体饲养使 Littorina 蜗牛能够占据和适应各种不同的栖息地。这导致了许多"生态型"的进化，它们的大小、形状和行为各不相同。图片来源：Fredrik Pleijel海洋蜗牛研究的新发现谢菲尔德大学的科学家及其在哥德堡大学和奥地利科技研究所的合作者通过获取和研究最近从产卵转向活产的一组海洋蜗牛的全基因组序列，现在至少能够解决一个例子的争论。这项研究采用了新的方法来发现这种分娩方式的新转变是迅速发生的还是逐渐发生的，研究结果可以用来帮助解释进化过程中的其他戏剧性转变。成螺适应不同的环境状况，体型较大的蜗牛适应于抵御螃蟹的攻击，而体型较小的蜗牛则适应于生活在海浪较强的地区。图片来源：Sophie Webster科学家们能够确定 50 个与繁殖模式完全相关的基因，并估算出它们的起源时间。结果表明，它们是逐渐积累起来的，在过去的不同时期传播开来。这表明，创新可以逐步进化，而不是一步到位。了解进化过程的意义谢菲尔德大学生物科学学院的罗杰-布特林（Roger Butlin）教授说："了解关键创新的进化起源非常重要，因为它们可以极大地改变进化的进程，比如活体繁殖导致了哺乳动物的多样化，或者羽毛帮助鸟类进化出了飞行。然而，到目前为止，研究这些创新的机会还很少，主要是因为大多数进化变化都发生在很久以前。通过发现和研究海洋蜗牛分娩方式的最新进化转变，我们现在能够理解这些重大变化，并将我们的方法应用于许多其他进化转变"。"Littorina 蜗牛常见于欧洲、英国和美国东海岸的岩石海岸。图片来源：Daria Shipilina他补充说："我们的研究成果将改变生物学家看待重大进化转变的方式，把重点从进化过程中的大跃进转移到理解小进化步骤的渐进益处上。它们还将帮助其他人剖析其他适应性特征的遗传和历史基础，这在许多生物被迫迅速适应不断变化的世界时非常重要。"研究小组现在计划研究他们发现的基因的功能，以了解导致活产的一系列进化步骤。他们还希望将他们的方法应用于其他类型的适应，包括热耐受性等，因为如果一些物种要在气候变化中生存下来，就必须进化出热耐受性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

“绿巨人”蜥蜴揭开基因带来进化适应的秘密

“绿巨人”蜥蜴揭开基因带来进化适应的秘密 隆德大学的研究人员正在研究地中海壁蜥的体形、颜色和行为的进化，重点是神经嵴细胞的作用。他们的研究将实地观察与基因分析相结合，找出了导致壁蜥独特性状的基因。这项研究不仅加深了我们对遗传适应机制的理解，还为在其他脊椎动物物种中开展进一步的进化研究奠定了基础。资料来源：哈维尔-阿巴洛斯适应是一种基因变化，可提高在周围环境中的生存能力。它可能会影响颜色、形状和行为。然而，这种基因如何发挥作用的基础一直是个谜。在一项新的研究中，进化生物学家结合实地考察和 DNA 分析，对地中海地区大型、绿色、好斗、性征突出的壁蜥进行了研究。他们发现了一些导致壁蜥拥有绿巨人般外表的基因。"绿巨人"外观背后的所有组织和器官都是由早期胚胎中形成的神经嵴细胞发育而成的。隆德大学进化生物学家娜塔莉-费纳（Nathalie Feiner）说："我们认为，这些细胞是形状、颜色和行为变化的基础，因此，这些特征是共同进化的。"研究小组对一种常见的壁蜥进行了研究，这种壁蜥具有绿黑相间的颜色、惊人的体型和攻击性行为。具有这种外貌的雄性壁蜥出现在几千年前，靠近今天的罗马，并显示出对其他颜色组合的雄性壁蜥的优势。这导致绿巨人蜥蜴遍布整个意大利。绿巨人蜥蜴。图片来源：哈维尔-阿巴洛斯"我们对神经嵴细胞的了解几乎完全来自小鼠等少数模式生物。我们现在正在绘制蜥蜴胚胎中这种细胞的图谱，以了解绿巨人蜥蜴等现象是如何进化的。"在接下来的几年里，费纳和她的团队将开展更多的实地研究，建立繁殖小组，并进行先进的遗传分析，包括使用 CrispR-Cas9 基因编辑技术。所有这一切的目的都是为了确定神经嵴细胞在颜色、形状和行为的交织进化中扮演着什么样的角色。"我们的研究重点是蜥蜴，但我们的发现可能适用于所有具有神经嵴细胞的动物，这将涵盖约 7 万种脊椎动物。"她说："虽然我们的工作为进化如何发挥作用提供了一种可能的解释，但它也是许多新研究领域的开端。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：