【动物植物】科学家发现动物大脑微调昼夜行为节律的原理；葡萄遗传学研究中发现的DNA标记揭示是什么造就了“完美之花”

原创 shrimp小小白 Science科学

▼

科学家发现动物大脑微调昼夜行为节律的原理
科学家发现一种花卉可模仿死亡甲虫的气味以吸引传播花粉的苍蝇
葡萄遗传学研究中发现的DNA标记揭示是什么造就了“完美之花”
离海边数百英里高出海平面200多英尺的地方发现鲸鱼骨架
研究称一度被认为已经灭绝的腔棘鱼种群实际上可能正在蓬勃发展
研究表明海鞘可被用于追踪海洋中的微塑料

关注视频号，发现更多精彩

科学家发现动物大脑微调昼夜行为节律的原理

我们的身体和行为似乎常常有自己的节奏。为什么我们每天都在同一时间上厕所？为什么我们不能在正确的时间入睡，就会感到不对劲？昼夜节律是一种幕后力量，塑造了我们的许多行为和健康。日本金泽大学的Michihiro Mieda和他的团队正在研究大脑的昼夜节律控制中心如何调控行为。

研究人员报告说，大脑昼夜节律控制中心的血管加压素神经元对于调节该中心的分子钟的输出时间至关重要，因此也是昼夜节律行为。

该控制中心被称为超基质核（superchiasmatic nucleus），包含多种类型的神经元，它们利用GABA分子传递信号，但对每种类型如何促进我们的身体节律知之甚少。在他们最新的研究中，研究人员专注于产生精氨酸加压素的GABA神经元，精氨酸加压素是一种调节人体肾功能和血压的激素，研究小组最近表明它也参与调节大脑中SCN产生的节律的周期。

为了研究这些神经元的功能，研究人员首先创造了特殊的小鼠，其中只在产生加压素的SCN神经元中删除了神经元之间GABA信号传递所需的一个基因，该蛋白质允许GABA在被送到其他神经元之前被包装起来，在没有包装的情况下，没有一个加压素神经元能够发出任何GABA信号。

这意味着这些神经元不能再使用GABA与节律控制中心的其他部分进行交流。从表面上看，结果很简单。与对照组小鼠相比，这些小鼠表现出更长的清醒活动时间，即更早开始活动，更晚结束活动。

那么，神经元中缺乏包装基因会破坏分子钟信号？事实上，现实并非如此简单。更仔细的检查表明，分子钟的进展是正确的。那么，发生了什么？

研究人员使用钙成像来检查血管加压素神经元内的时钟节奏后发现，虽然活动的节奏与对照组小鼠的行为时间相匹配，但这种关系在血管加压素神经元的GABA传递缺失的小鼠身上被打乱了。相比之下，改良小鼠的SCN输出节奏，即SCN神经元的电活动与它们的行为具有相同的不规则节奏。

研究表明，来自上核的加压素神经元的GABA信号有助于在分子钟的约束下固定行为时间。

科学家发现一种花卉可模仿死亡甲虫的气味以吸引传播花粉的苍蝇

尽管我们已经听说过一些植物模仿腐肉或粪便的气味，以吸引传播花粉的食腐肉的昆虫，但植物学家现在发现，某种植物真正注重这一概念--它模仿死去甲虫的气味，以吸引一种特定类型的苍蝇。

这种植物被命名为Aristolochia microstoma，到目前为止只在希腊被发现。虽然其家族的其他成员以其大而多彩的花朵而闻名，但A. microstoma的花朵外观十分普通，而且它们靠近地面，经常被落叶或其他碎片覆盖。

科学家们已经知道这些花会发出恶臭，以吸引食腐肉的动物，这些动物通过在单个植物之间传递花粉来帮助A. microstoma进行繁殖。然而，最近，来自奥地利和德国的研究人员发现，构成这些花的独特 "花束 "的分子之一是由极少数其他开花植物产生的。

这种化合物被称为2,5-二甲基吡嗪，有一种霉味。它不存在于脊椎动物的尸体或粪便中，但它是由死去的甲虫腐烂的甲壳散发出来的。Megaselia属的苍蝇--通常被称为“棺材蝇”--可能会被这种气味所吸引，因为它们在死甲虫的尸体上交配，然后在尸体上产卵。

事实上，当科学家们从1457株野生A. microstoma植物上收集节肢动物时，发现“棺材蝇”是唯一在花内携带花粉的物种。

这些花用它们的气味吸引苍蝇，利用朝下的毛发将它们暂时困在一个包含花的生殖器官的下室。一旦苍蝇有机会沉积它们可能已经携带的任何花粉--并被花的雄蕊的新鲜花粉所覆盖--毛发就会枯萎，这样苍蝇就可以逃脱并访问其他A. microstoma植物。

德累斯顿工业大学的Stefan Wanke教授说："我们的结论是，A. microstoma可能使用了一种以前从未报道过的策略：它的花模仿无脊椎动物腐肉的气味来吸引和禁锢传粉者。花朵靠近地面的特殊方向可能也有帮助，因为授粉的棺材蝇会在靠近地面、落叶层或岩石之间寻找繁殖地或食物。"

关于这项研究的论文最近发表在《生态学和进化学前沿》杂志上。来自萨尔茨堡大学的科学家也参与了这项研究。

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2021.658441/full

葡萄遗传学研究中发现的DNA标记揭示是什么造就了“完美之花”

葡萄酒和食用葡萄的存在要归功于一种罕见的基因交换，在过去的600万年里，这种情况在自然界只发生过两次。自从8000年前葡萄被栽培以来，育种一直是一场赌博。当今天的种植者培育新品种时--试图培育出味道更好、更抗病的葡萄--育种者需要两到四年的时间来了解他们是否拥有“完美之花”的遗传成分。

大部分葡萄藤都是雌雄同株的。这些雌雄同株的品种通常会产生更大和更好味道的浆果簇，它们是研究人员用于额外的杂交育种的品种。

现在，康奈尔大学的科学家已经与加州大学戴维斯分校合作，确定了决定葡萄花性别的DNA标记。在这个过程中，他们还准确地指出了“完美之花”的遗传起源。他们的论文《多重独立重组导致葡萄花的雌雄同株》于4月13日发表在《美国国家科学院院刊》上。

论文通讯作者、位于康奈尔农业技术学院的美国农业部农业研究局（USDA-ARS）葡萄遗传组的研究遗传学家Jason Londo说：“这是葡萄花性别有多个独立来源的第一个基因组证据。”Londo也是农业和生命科学学院下属的综合植物科学学院（SIPS）的园艺学兼职副教授。

“这项研究对育种和生产很重要，因为我们设计的遗传标记可以告诉你每棵葡萄树到底有什么花的性别特征，"Londo说，"所以育种者可以选择只保留他们未来想要的组合。”

今天，大多数栽培的葡萄树是雌雄同株的，而葡萄属的所有野生成员只有雄花或雌花。由于育种者试图将野生物种的抗病基因纳入新的育种品系，筛选花的性别的幼苗的能力已变得越来越重要。由于葡萄的性别不能仅从种子中确定，育种者花费了大量的时间和资源来培育葡萄树，但在几年后得知它们是单性品种后就将其抛弃。

在这项研究中，研究小组检查了数百个野生和培育葡萄树基因组的DNA序列，以确定雄性、雌性和雌雄同株物种的独特性别决定区域。他们将现有的雌雄同株的DNA追溯到两个独立的重组事件，发生在600万到8000年前的某个地方。

Londo推测，古代的葡萄种植者偶然发现了这些高产的葡萄树，并为自己的需要收集种子或插条--将雌雄同株的花朵特征冻结在今天使用的培育葡萄树上。

许多酿酒葡萄可以追溯到第一次或第二次事件的基因库中。诸如嘉本纳弗朗、赤霞珠、梅鹿辄和汤普森无核葡萄等栽培品种都来自第一个基因库。皮诺家族、长相思和佳美则源自第二基因库。

霞多丽和雷司令的独特之处在于，它们携带了来自这两个事件的基因。Londo说，这表明古代的葡萄栽培者在两个基因库之间进行了葡萄杂交，从而创造了一些今天最重要的栽培品种。记录识别雄性、雌性和完美花型的遗传标记，最终将有助于加快栽培品种的开发，降低育种计划的成本。

“确定的葡萄DNA标记越多，育种者就越能推动葡萄酒和葡萄产业的发展，”研究共同作者、SIPS的园艺和植物育种及遗传学部门的教授Bruce Reisch说。“现代遗传测序技术和多机构研究合作是为种植者提供更好的葡萄的关键。”

离海边数百英里高出海平面200多英尺的地方发现鲸鱼骨架

1849年，在离海边数百英里、高出海平面200多英尺的地方意外发现了一具鲸鱼骨架，这提醒我们海平面可以发生多大的变化。1849年8月，一位名叫乔治-索普的农民注意到一些奇怪的、有凹槽的骨头从铁路工人在佛蒙特州夏洛特修建新线路时挖出的一堆土中探出头来。

这块骨头来自一种大型动物，但不是像马或牛这样熟悉的东西。索普将这块神秘的骨头和他在土堆中发现的其他一些骨头装箱，用马车将它们送到佛蒙特大学自然学家扎多克-汤普森那里。

在仔细检查了这些骨头并咨询了美国和欧洲的主要科学家后，汤普森提供了一个答案：它们是鲸鱼的骨头。具体地说，是白鲸。这些骨头是从该州中部的一个内陆地区挖掘出来的，海拔约200英尺（60米），距离海洋200英里（300公里）。

在人们对地球如何或为什么会有冰期了解甚少的时候，鲸鱼的骨头被发现，最终成为一个关键的证据，证明加拿大东部和新英格兰的大部分地区曾经被一片巨大的冰川覆盖。这些骨头还为最初并不明显的东西提供了暗示。大约13000年前，不仅仅是较高的海平面将佛蒙特州的这部分地区置于水下，土地本身也已下沉。

在最后一次冰川高峰期，劳伦特冰盖几乎覆盖了整个加拿大和新英格兰。像今天南极洲和格陵兰岛的冰层一样，劳伦特冰层的大部分至少有一英里厚，压在地壳位于上地幔的柔性岩石层上，这么多冰的巨大重量将把地球表面推下数百英尺。

在冰川高峰期之后，由于气候明显变暖，陆地和海洋的高度发生了变化。在那个时期，大量的冰从全球冰原上流失，相当于全球平均海平面上升了大约130英尺（40米）。随着冰原向北退去，海水和融化的水淹没了由冰原重量造成的陆地表面巨大凹陷，该地区包括圣劳伦斯山谷、魁北克南部、安大略东部和纽约的部分地区。尚普兰海就这样形成了。

在其最大范围内，该海可能覆盖了与现代密歇根湖一样大的区域。它的北岸两侧是高耸的冰崖，不断有冰山落入海中；它的南岸则过渡到沼泽苔原和森林。根据在其下面的细粒沉积物中发现的化石的多样性，尚普兰海一定充满了海洋生物，从藤壶和蛤蜊到海豹和海象，与今天的哈德逊湾很相似。

地球轨道的微妙变化被称为米兰科维奇周期，数百万年来在触发和结束冰期方面发挥了关键作用。到大约1.2万年前，轨道条件已经变得不那么有利于冰，将地球推入我们目前较温暖的、被称为全新世的间冰期。尽管在全新世期间冰川持续融化，但海平面上升无法跟上一个竞争效应，陆地的上升。在被如此多的冰块压迫和压缩后，陆地表面在冰块重量被解除后慢慢反弹。这个过程被称为冰川等静力调整，发生得很慢，因为地球的地壳 "漂浮 "在一层缓慢流动、部分熔化的岩石上，被称为天体层。

在12000年至8000年前，加拿大东部的上升速度是海平面上升的5至8倍。在几千年内，这种上升将年轻的尚普兰海与大西洋隔开，它开始慢慢消失，随着土地的上升，尚普兰海首先变成了一系列淡水湖。随着时间的推移，这些湖泊中的大多数都干涸了，但有一个大型遗迹作为尚普兰湖一直存在到今天。尽管速度在放缓，由于冰川等静力调整导致的土地隆起仍在继续，。大多数科学家认为，新英格兰地区的土地将需要几万年的时间完成上升反弹。