進(jìn)化

斑馬的條紋有助"降溫"嗎？

斑馬是斑馬亞屬和細(xì)紋斑馬亞屬的通稱，是一類常見于非洲的馬科動物。斑馬身上有許多與眾不同的條紋，且和人類的指紋一樣，每只的條紋都不一樣。至于這些條紋的作用，研究者提出了很多理論，有人認(rèn)為它們是同類之間相互識別的標(biāo)記，也有人認(rèn)為它們是適應(yīng)環(huán)境的保護(hù)色，甚至還有人認(rèn)為斑馬身上的條紋能使其皮膚表面形成微小氣流，讓它們感覺涼爽。近期，研究者用數(shù)個裝滿水的金屬桶，分別將黑色、白色、灰色的馬皮、牛皮以及條紋式樣的斑馬毛皮覆蓋在水桶上。在為期4個月的跟蹤調(diào)查中，研究者將這些水桶放置在露天環(huán)境中，并持續(xù)監(jiān)測中心溫度，然后將這些水桶的溫度分布情況與活躍斑馬進(jìn)行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在同樣的日光照射條件下，覆蓋有斑馬毛皮的金屬桶溫度特征與斑馬一致。研究者還發(fā)現(xiàn)，白色牛皮覆蓋的金屬桶溫度最低，黑色馬皮覆蓋的金屬桶溫度最高，灰色馬皮和斑馬毛皮覆蓋的金屬桶中心溫度相差不大，且斑馬毛皮覆蓋的金屬桶溫度并沒有下降。因此，研究者認(rèn)為，這表明斑馬的條紋并不能幫助降溫。（Scientific Reports 2018，8:9351）

孔子鳥類的形態(tài)-生態(tài)多樣性

孔子鳥類是早白堊鳥類中化石材料最為豐富的一個支系，在系統(tǒng)樹上屬于最原始的尾綜骨類。尾綜骨類是指具有縮短的尾骨，其末端止于由若干枚尾椎愈合成尾綜骨的鳥類，主要包括反鳥類和今鳥型類，以及孔子鳥類和會鳥類。孔子鳥類的化石主要分布在我國東北，骨骼形態(tài)非常特殊，最為明顯的特征是大手指（第2指）的爪節(jié)高度退化，以及近相等的前、后肢。與之相反，在多數(shù)的中生代鳥類中，最先退化往往是小手指的爪節(jié)（第3指），而大手指的爪節(jié)則很少縮小。近期，研究者在早白堊世熱河生物群的義縣組發(fā)現(xiàn)了一種新孔子鳥類化石，并將其命名為孔子楊氏鳥（Yangavisconfucii）。系統(tǒng)發(fā)育分析的研究表明楊氏鳥較始孔子鳥進(jìn)步，而為長城鳥和圣賢孔子鳥的外群。這樣的系統(tǒng)位置，表明在孔子鳥類演化歷史中，相較于大手指退化的趨勢，楊氏鳥所在的支系獨(dú)立演化出了正常大小的大手指爪節(jié)。對這一奇怪的現(xiàn)象，由于缺乏可對比的現(xiàn)生鳥類（所有現(xiàn)生鳥類的成年個體都失去了手爪），目前還沒有較為合理的解釋。楊氏鳥的發(fā)現(xiàn)極大擴(kuò)展了孔子鳥類的生態(tài)空間，表明孔子鳥類的生態(tài)多樣性要比此前認(rèn)識的更為豐富。（Zoological Journal of the Linnean Society,zly045,https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zly045）

神經(jīng)與腸道的信號通路

一般認(rèn)為大腦是身體的指揮中心，支配著人類的生命活動。你不知道的是，其實人體里還存在著一個"第二大腦"，那就是腸道。腸道可不僅僅是一個精巧的消化系統(tǒng)，已有的研究表明，神經(jīng)細(xì)胞與腸道之間可以相互作用，但它們之間具體如何相互作用，信號如何從一個組織傳遞到另一個組織，并系統(tǒng)調(diào)控機(jī)體整體的代謝水平和衰老進(jìn)程，一直是個未解之謎。為此，科研者將研究的焦點(diǎn)集中在線粒體上。這個小東西不僅是細(xì)胞能量供給的中心，也是調(diào)控衰老進(jìn)程以及影響神經(jīng)退行性疾病的重要細(xì)胞器之一。線粒體非常"聰明"，當(dāng)其受到外界刺激發(fā)生功能損傷時，會啟動一種線粒體未折疊蛋白反應(yīng)，重建穩(wěn)態(tài)平衡。這種反應(yīng)事關(guān)生物體的天然免疫、干細(xì)胞維持、壽命調(diào)控等重要的生理過程。有意思的是，在多細(xì)胞的機(jī)體里，這種反應(yīng)還能在不同的組織之間傳遞，比如從神經(jīng)細(xì)胞傳遞到腸道細(xì)胞，系統(tǒng)調(diào)節(jié)整個生物體的代謝水平，共同應(yīng)對損傷。研究者認(rèn)為，有一種物質(zhì)在其中擔(dān)任了"信號兵"的作用。但這個"信號兵"究竟是誰，它是怎么給遠(yuǎn)端組織"送信"的？人們對此知之甚少。為了觀察信息的傳遞，首先就需要給予神經(jīng)細(xì)胞一定的刺激，讓它有傳遞信息的必要。研究者以秀麗線蟲為模型，在其神經(jīng)細(xì)胞中引入了一種舞蹈癥致病蛋白，刺激神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的線粒體損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)腸道內(nèi)的線粒體未折疊蛋白反應(yīng)。通過遺傳篩選的方法，研究者發(fā)現(xiàn)了一條在無脊椎動物和脊椎動物中都存在的信號通路——Wnt信號通路，是完成這一過程的關(guān)鍵所在。Wnt是一種分泌性成形素，它在動物發(fā)育中起著重要作用。該信號通路在物種進(jìn)化過程中高度保守，決定著細(xì)胞命運(yùn)，并參與調(diào)節(jié)組織穩(wěn)態(tài)平衡和癌癥發(fā)生。如果這條通路發(fā)生異常，就會導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育問題以及腸癌。一些臨床數(shù)據(jù)表明，很多患有阿爾茨海默氏癥、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病的人，或多或少會同時患有代謝疾病以及腸道炎癥等疾病。因此，這項成果或許能夠為治療神經(jīng)退行性疾病以及伴隨的代謝紊亂癥狀提供新的治療思路。（Cell 2018,174：870-883.e17）

早期地球生命為何會變大

生命歷史中，在比震旦紀(jì)（約6.35至5.41億年前）更早的時間里，生命體都非常微小。然而到了震旦紀(jì)，復(fù)雜的有機(jī)體開始出現(xiàn)，一些甚至在體型上能夠長到兩米高，它們盡管看起來像蕨類植物，但其實很可能是地球上最早出現(xiàn)的動物之一。此前一些觀點(diǎn)認(rèn)為，有機(jī)體在進(jìn)化過程中體型不斷增大是為了在獲取食物的競爭中得到優(yōu)勢。但那個時候的海洋充滿營養(yǎng)豐富的食物，沒有太多的競爭壓力，甚至獵食者都還沒出現(xiàn)。研究者在化石分析中也看不到兩者的必然聯(lián)系，反而有明顯證據(jù)顯示它們的體型與擴(kuò)大繁衍范圍有更強(qiáng)的關(guān)系。這說明，地球早期存在的一些復(fù)雜的有機(jī)體在進(jìn)化過程中變得更高、更大，其原因并不是為覓食，而是要把后代散布到更廣闊區(qū)域，從而更好地繁衍。（Nature Ecology&Evolution 2018，2：1218-1222）

中國黃牛的3個血統(tǒng)來源

將野牛馴化為家牛，是新石器時代的標(biāo)志性事件之一。通過提供肉、皮、役力等，牛成為了東亞農(nóng)業(yè)社會中最重要的家畜。在學(xué)術(shù)界，家牛的馴化以及中國黃牛形成的復(fù)雜歷史，一直是被不斷深入研究的話題。近期，研究者對我國22個代表性地方品種的111頭黃牛和陜西石峁遺址4000年前的8個古代黃牛樣品進(jìn)行了全基因組重測序，同時下載比較了國外27個牛種的149個個體的全基因組數(shù)據(jù)。研究證明，全世界家牛至少可以分為5個明顯不同的類群，即歐洲普通牛、歐亞普通牛、東亞普通牛、中國南方瘤牛和印度瘤牛。中國黃牛地方品種來源于其中的3個血統(tǒng)，分別為約4000年前就到達(dá)中國北方地區(qū)，目前以純系僅在青藏高原和東北地區(qū)存在的東亞普通牛；可能在1000年前進(jìn)入中國北方，以蒙古牛和哈薩克牛為代表的歐亞普通牛；以及論文新報道的與印度瘤牛早在4萬年前就分離，具體來源和傳播歷史仍然未知的中國南方瘤牛。通過歷史上的跨物種人工雜交選育，中國南方瘤牛和青藏高原的普通牛平均每個個體，分別被導(dǎo)入了其近緣物種爪哇野牛2.9%和牦牛1.2%的血統(tǒng)，從而使得遷徙到中國南方和青藏高原的黃牛各自提高了對所在環(huán)境的適應(yīng)性。這一對中國黃牛遺傳特性來源系統(tǒng)全面的分析，將為我國兼顧高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和抗逆的肉牛新品種培育提供理論基礎(chǔ)。（Nature Communications 2018，9:2337）

普氏野馬的出身

馬的起源和演化是進(jìn)化生物學(xué)中的經(jīng)典案例之一，充分展現(xiàn)了自然選擇在生物進(jìn)化中的作用。人們普遍認(rèn)為是世界僅存的野馬。然而，近期研究者通過系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，普氏野馬的祖先是大約5500年前生活在今天哈薩克斯坦北部的波泰人馴化過的一種馬。此前，波泰馬被認(rèn)為是所有現(xiàn)代馴化馬的祖先，但對各種馬樣本的DNA分析結(jié)果表明，波泰馬并非現(xiàn)代馴化馬的祖先，而是普氏野馬的祖先。普氏野馬一度瀕臨滅絕，后經(jīng)培育并放回歐亞草原，目前大約2000只普氏野馬是20世紀(jì)初捕獲的15只普氏野馬的后代。過去生物學(xué)家錯以為普氏野馬屬于野生動物，部分原因在于這些馬有豎立的馬鬃，這被認(rèn)為是野馬的特征，而且其褐色的皮膚與冰河時代法國和西班牙巖洞壁畫中的野馬類似。但現(xiàn)在基因證據(jù)顯示普氏野馬的祖先是波泰馬?？脊艑W(xué)證據(jù)表明，波泰馬是家養(yǎng)的，因為波泰人不僅吃馬肉，而且喝馬奶，在波泰人的村落遺址里還發(fā)現(xiàn)了馬欄。新發(fā)現(xiàn)又帶來了新問題，在認(rèn)為現(xiàn)代馴化馬不是起源于普氏野馬后，還要繼續(xù)尋找現(xiàn)代馴化馬的真正起源。（Science 2018，eaao3297）

蜈蚣毒液致命之謎

在武俠小說中，經(jīng)常會出現(xiàn)一個叫做"五毒教"的門派，派中僅是使毒高手，令人聞風(fēng)喪膽。所謂的五毒一般是指蛇、蜈蚣、蟾蜍、蝎子和壁虎五種有毒生物。其中，蜈蚣雖然個頭最小，但毒性卻不小。蜈蚣毒液會致使蜥蜴、蟑螂和其他動物迅速癱瘓，嚴(yán)重使甚至能導(dǎo)致人類死亡。但時至今日，人們一直不清楚原因何在。近期，研究者在蜈蚣毒液中辨別出一種極其危險的毒素。它會破壞其他動物的心血管、呼吸道和神經(jīng)系統(tǒng)，從而使蜈蚣在30秒內(nèi)殺死比其大15倍的老鼠。研究者首次從20厘米長的金頭蜈蚣的毒液中提取出多種毒素。金頭蜈蚣生活在東亞的森林、農(nóng)田和城市中。隨后，他們逐一用這些毒素開展試驗。結(jié)果顯示，一種被稱為"Ssm幽靈毒素"的物質(zhì)會關(guān)閉將鉀泵入和泵出細(xì)胞的通道。這些通道對于傳送腦波、維持規(guī)律心跳和控制大量的其他身體功能至關(guān)重要。在沒有這種關(guān)鍵毒素存在的情況下，毒液變得幾乎沒有致命性。這給科學(xué)家?guī)砹讼Ｍ蛟S能利用打開鉀通道的藥物，研發(fā)出新的抗毒素療法。（PNAS，www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1714760115）