進(jìn)化

進(jìn)化

假毛蟲揭示物種間的相互作用

生物學(xué)家在就注意到，植物和動(dòng)物的種類會(huì)隨著與赤道距離的增加而減少。而且，他們懷疑，物種間的相互作用也有類似影響，但沒(méi)有人在不同地區(qū)系統(tǒng)地進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究。近期，研究者制作了2900只假毛毛蟲，并將其放置在了不同緯度和海拔的31個(gè)地點(diǎn)，然后在4至18天后取回。回到實(shí)驗(yàn)室后，生態(tài)學(xué)家整合了不同捕食者的攻擊，例如他們從蟲子身上檢測(cè)到了鳥、老鼠和螞蟻造成的破壞。結(jié)果顯示，隨著緯度每升高一度或赤道每向南或向北111公里，每天毛毛蟲受到的攻擊就減少2.7%。同樣的，在最遠(yuǎn)端——北極，捕食發(fā)生率是赤道的1/8。而在熱帶地區(qū)，節(jié)肢動(dòng)物（主要是螞蟻）攻擊的數(shù)量存在差異：高度每增加100米，攻擊率減低6. 6%。（Science 2017，356：742-744）

更加"有血有肉"的鳥龍

人們?cè)缇椭励B類是屬于恐龍家族的一員，但是如何解釋恐龍家族是怎樣突然之間長(zhǎng)出翅膀的，這卻并不容易。不過(guò)，最近研究者通過(guò)一種技術(shù)能夠清楚地了解古代類鳥生物的軟組織結(jié)構(gòu)，從而能夠更加詳細(xì)地描繪恐龍最終飛向藍(lán)天的過(guò)程。很不幸，恐龍肉在能夠成為化石之前就會(huì)被腐化掉，因此我們所具有的恐龍化石僅限于牙齒、骨骼，并根據(jù)這些有限的線索去猜想恐龍可能的樣子。其中一個(gè)鮮活的例子就是赫氏近鳥龍，它是一種全身布滿羽毛的烏鴉狀恐龍，在侏羅紀(jì)時(shí)期存在于如今中國(guó)境內(nèi)，距今已有1.6億年的歷史。它與小盜龍、始祖鳥一樣，均屬于近鳥類恐龍。赫氏近鳥龍的翅膀?yàn)榛液谏闹喜紳M了白色羽毛，頭冠則為紅褐色。近期，研究者利用激光激發(fā)熒光技術(shù)分析了八個(gè)不同的赫氏近鳥龍樣本，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了藏在其中的秘密，即它們的皮膚特征。這種高強(qiáng)度的、特定波長(zhǎng)的激光打向化石樣本后，會(huì)在不同的部位產(chǎn)生不同的顏色變化，而可見(jiàn)光則沒(méi)有這種能力。掃描的結(jié)果驗(yàn)證了該種恐龍屬于類鳥型：細(xì)長(zhǎng)的腿、分叉的腳掌，以及翼膜結(jié)構(gòu)等等。雖然這些證據(jù)仍不能表明究竟赫氏近鳥龍會(huì)不會(huì)飛，但這足以證明恐龍離飛向藍(lán)天的距離應(yīng)該不遠(yuǎn)。（Nature Communications 2017，8：14576.）

沒(méi)有磷酸鹽也能有生命

生命起源的一個(gè)大秘密是，在沒(méi)有磷酸鹽的早期地球上，磷酸鹽如何成為遺傳和細(xì)胞新陳代謝機(jī)制的基本建構(gòu)模塊。磷酸鹽對(duì)所有現(xiàn)代生命形式都是必不可少的，從提供DNA主鏈到驅(qū)動(dòng)細(xì)胞的能量源三磷酸腺苷（ATP），磷酸鹽是關(guān)鍵的生物結(jié)構(gòu)單元，而且，這種化學(xué)物質(zhì)廣泛參與了新陳代謝、生化反應(yīng)。但科學(xué)家認(rèn)為，在生命起源以前沒(méi)有這種物質(zhì)。于是，有人假設(shè)早期的代謝途徑并不依賴磷酸鹽，而礦物質(zhì)表面的硫和鐵被認(rèn)為能完成催化和能量機(jī)能。為了找到答案，研究者使用計(jì)算生物學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建了復(fù)雜新陳代謝網(wǎng)絡(luò)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，包含來(lái)自地球整個(gè)生物圈的所有已知的生化反應(yīng)。然后，探索了所謂的"生物圈水平新陳代謝"，并鑒定了在生命起源以前環(huán)境中可能發(fā)現(xiàn)的8個(gè)無(wú)磷化合物。接下來(lái)，他們使用一種算法分析了這些分子如何反應(yīng)，以形成新的代謝物。分析結(jié)果顯示，一些簡(jiǎn)單化合物可能促進(jìn)了不依賴磷酸鹽的的代謝網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)包括315個(gè)反應(yīng)和260個(gè)代謝物，足以支撐主要生物分子的合成。而且，這種新網(wǎng)絡(luò)富含鐵-硫簇酶，支持了"鐵硫世界假說(shuō)"。他們還發(fā)現(xiàn)，硫酯可能會(huì)起到磷酸鹽在現(xiàn)代生物化學(xué)中發(fā)揮的一些作用。（Cell 2017，168：1126-1134）

1.5萬(wàn)年前老鼠就與人“共舞”

家鼠是嚙齒目鼠科大家鼠屬和小家鼠屬中的一些種類的通稱。因這些種類主要棲居在城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村，與人關(guān)系密切，故名家鼠。近期，研究者從以色列的14個(gè)考古遺址收集了272個(gè)老鼠臼齒，時(shí)間約為20萬(wàn)年前至1萬(wàn)年前。他們從這些臼齒中鑒別出2種老鼠物種：家鼠及其野生近親馬其頓鼠，并發(fā)現(xiàn)了它們?nèi)绾坞S著時(shí)間的變化而進(jìn)行分布的。結(jié)果顯示，早在人們從采集-狩獵狀態(tài)變?yōu)槎ň拥降刂泻|海岸時(shí)，納圖夫人便開(kāi)始建造帶有壁爐的石頭房屋和埋葬死者。而且，為了有助于解釋相關(guān)考古數(shù)據(jù)，研究者還研究了馬塞族人在肯尼亞的定居點(diǎn)，這可以提供反應(yīng)納圖夫人生活模式的線索。不過(guò)，與納圖夫人不同的是，馬塞族人不是采集-狩獵者，但重要的是，他們也不種植莊稼。在馬塞族人定居點(diǎn)，研究者也發(fā)現(xiàn)了相似的一對(duì)老鼠物種：非洲刺毛鼠及其家鼠近親。定居點(diǎn)捕鼠器捕捉到的老鼠中，87%是家鼠，但定居點(diǎn)之外的僅有45%是家鼠。在考古記錄中，家鼠最早出現(xiàn)在1.5萬(wàn)年前的納圖夫人的家中，并立刻取代了短尾的馬其頓鼠。但3000年后，當(dāng)納圖夫人重回周期游牧生活后，馬其頓鼠東山再起。但家鼠在定居點(diǎn)里的老鼠中仍占80%。之后，約1.15萬(wàn)年前，人們開(kāi)始進(jìn)行農(nóng)耕，并完全定居下來(lái)，短尾鼠再次歸來(lái)。這表明人類定居足以影響當(dāng)?shù)貏?dòng)物群，人們儲(chǔ)存的食物和傾倒的廢水會(huì)"引誘"野鼠溜進(jìn)定居點(diǎn)進(jìn)行偷竊，最終變成同樣"定居"下來(lái)的家鼠。（PNAS 2017，114：4099-4104）

洞穴魚的進(jìn)化

一條魚從暢游在開(kāi)闊水面進(jìn)化成洞穴寄居者需要多長(zhǎng)時(shí)間？一項(xiàng)新研究顯示，只要幾千年?？茖W(xué)家曾認(rèn)為冰河時(shí)代，北歐被冰川覆蓋，從而阻止魚類"殖民"該大陸的洞穴。因此，人們?cè)J(rèn)為這些洞穴魚物種的棲息地北部邊緣不會(huì)超過(guò)賓夕法尼亞州的尼珀諾斯山谷。但2年前，科學(xué)家在德國(guó)南部新發(fā)現(xiàn)了一種洞穴魚打破了這一界限。這種蒼白的小魚頭部有長(zhǎng)長(zhǎng)的胡須狀倒刺，是泥鰍的一個(gè)新物種。這種魚還是在歐洲首次發(fā)現(xiàn)的洞穴魚，棲息范圍比賓夕法尼亞州的洞穴魚棲息地更向北760公里。直到1.2萬(wàn)年前，歐洲及其洞穴全被埋藏在冰川之下，冰雪阻斷了洞穴與地上和地下水脈的聯(lián)系。但隨著冰川融化，德國(guó)多瑙河上游出現(xiàn)了沉洞和泉水，將洞穴與河流以及250公里下方的急流聯(lián)系在了一起。而這些進(jìn)入洞穴的魚也發(fā)生了變化：變得更小、有蒼白無(wú)鱗的身軀、更大的鼻孔和小眼睛，所有這些適應(yīng)性進(jìn)化是為了更好生活在黑暗中?；趯?duì)新洞穴魚的基因分析，研究者表示，這種洞穴泥鰍是石泥鰍的近親，后者的體型是前者的2倍，并仍在多瑙河開(kāi)闊的河面上游動(dòng)。（Current Biology 2017，27：pR257-R258）

裸鼴鼠的無(wú)氧生存能力

裸鼴鼠主要生活在非洲，是一種比普通鼠體型小、幾乎沒(méi)有體毛的哺乳動(dòng)物。此前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種冷血哺乳動(dòng)物要比其他嚙齒類動(dòng)物多活幾十年，幾乎不會(huì)得癌癥，還不怕疼。如今，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了裸鼴鼠的另一個(gè)超級(jí)功能：這種動(dòng)物可以在沒(méi)有氧氣的情況下生存超過(guò)18分鐘；而在人類幾分鐘就死亡的低氧環(huán)境中，它能活至少5個(gè)小時(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，裸鼴鼠腦細(xì)胞能在無(wú)氧環(huán)境下開(kāi)始燃燒果糖，產(chǎn)生能量繼續(xù)活下去，科學(xué)家此前只在植物中見(jiàn)過(guò)這種代謝方式。換言之，在低氧或無(wú)氧環(huán)境中，裸鼴鼠有效地變成了"植物"，不再進(jìn)行有氧呼吸，而是由果糖驅(qū)動(dòng)代謝，并進(jìn)入假死狀態(tài)，脈搏和呼吸頻率大幅減緩，能量需求降至最低。此后，只要重新接觸空氣幾秒鐘，它們就會(huì)恢復(fù)正常呼吸，沒(méi)有顯示出任何持久傷害。研究顯示，當(dāng)裸鼴鼠暴露于實(shí)驗(yàn)室低氧條件中時(shí)，有大量果糖進(jìn)入它們的血液中，這些果糖又通過(guò)一種此前只在哺乳動(dòng)物腸細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到腦細(xì)胞中。此外，裸鼴鼠在低氧環(huán)境下也不會(huì)得肺水腫，也就是肺部積液，這是在高海拔地區(qū)困擾登山者的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。裸鼴鼠這些特征被認(rèn)為是對(duì)長(zhǎng)期地下洞穴貧氧生活的一種適應(yīng)。與生活在地下的其他哺乳動(dòng)物不同，裸鼴鼠生活在超級(jí)擁擠的環(huán)境中，與數(shù)百個(gè)同伴擁擠在一起，而洞穴密不通風(fēng)，氧氣消耗速度較快。這表明進(jìn)化對(duì)于相同或類似的環(huán)境挑戰(zhàn)找到了不同的解決方案。（Science 2017，356：248-249）

常重要，因?yàn)樗鼈円词亲钤绲恼婢ū却饲耙阎钤绲恼婢?0億至20億年），要么是最早的真核生物化石（比此前已知最早的真核生物早5億年）。（Nature Ecology&Evolution 2017，1：0141）