进化的“燃料”：古老的染色体倒置如何利于生物生存

进化的“燃料”：古老的染色体倒置如何利于生物生存Gompert和来自法国蒙彼利埃大学、英国JohnInnes中心、墨西哥克雷塔罗国立自治大学、内华达大学里诺分校和圣母大学的同事在2023年6月13日的《美国国家科学院院刊》网络版上发表了他们对这个问题的调查。这项研究得到了Gompert在2019年获得的美国国家科学基金会CAREER奖，以及欧洲研究理事会的资金支持。南加州大学生物系和南加州大学生态中心的副教授Gompert说："我们研究了你如何维持一个物种的遗传变异，以及这种变异如何影响适应。"在这项研究中，该小组调查了以各种植物为食的昆虫-Timema属，一种原产于美国西部的相对矮，粗壮且无翅的竹节虫。Gompert说："在北美西部有十几种Timema，可以吃很多种类的植物。但是有一个物种，Timemaknulli只以红木树为食并茁壮成长，这是其他Timema物种不能享用的唯一植物。"T.knulli具有这种能力是因为染色体倒置--也就是其基因组结构的改变。Gompert说，与基因突变不同，基因突变是DNA序列的变化，而染色体倒置是在染色体的两个断点之后发生的，该断点180度转弯并在原断点处重新插入。在倒置的情况下，大块的染色体--在这种情况下，有3000万个DNA碱基--会向后翻转，该团队确定，T.knulli的这种倒置是相当古老的。"我们认为它发生在大约750万年前，"Gompert说。"而且最酷的是，T.Knulli种群仍然携带两种版本的等位基因--一种是在红豆杉上作为宿主植物进食和茁壮成长的等位基因，另一种是在祖先宿主植物--一种开花植物上增加生存能力的原始等位基因，而且在杂合子形式下可能特别有利。"他说，环境的异质性和粘虫迁移种群之间的基因交换有助于新的和祖先的染色体变体或多态性的持续存在，这可能使生物体在不断变化的世界中获得优势，允许持续的进化和适应。Gompert说："影响这种倒置的进化过程的复杂性非但不是一种损害，反而提供了对遗传变异损失的复原力，并可能促进长期生存。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365691.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365691.htm

不速之客：亚洲蜜蜂如何在澳大利亚打破进化预期?

不速之客：亚洲蜜蜂如何在澳大利亚打破进化预期?最近的研究表明，入侵的亚洲蜜蜂在北昆士兰迅速适应并蓬勃发展，尽管遗传多样性较低，但其数量已超过10,000群。一只亚洲蜜蜂（照片摄于其在中国的自然分布区）。图片来源：BenOldroyd/悉尼大学共同第一作者、悉尼大学生命与环境科学学院的罗莎琳-格洛阿格（RosalynGloag）博士说："我们对这一蜜蜂种群的研究表明，尽管相对于其本土范围的种群而言，某些物种一开始的遗传多样性非常低，但它们能够迅速适应新环境。Gloag博士说，一般认为，高遗传多样性对于一个种群快速适应不断变化的环境条件非常重要，例如当一个物种被迁移或经历自然或气候变化灾害造成的快速环境变化时。昆士兰北部凯恩斯的入侵蜂群。图片来源：RosGloag博士研究小组强调了这一案例研究对了解一般人口复原力的重要性。她说："然而，我们已经证明，尽管遗传多样性急剧下降，但这一入侵蜜蜂种群自抵达后已迅速适应了环境。当我们观察到许多物种正在应对人为气候变化时，这一点就显得更加重要了。"该大学生命与环境科学学院的RosGloag博士。图为Gloag博士与一个四角蜂巢（不是研究中的亚洲蜜蜂）。资料来源：悉尼大学研究的重要性通过研究昆士兰的入侵种群，研究小组获得了罕见的自然入侵的完整遗传年表，从蜜蜂到达后不久就开始了研究。该蜂群可能来自巴布亚新几内亚，于2007年抵达澳大利亚，由于蜜蜂可能携带寄生虫，澳大利亚的生物安全引起了关注。最终发现这些蜜蜂并没有携带最令人担忧的寄生虫--变种螨，而变种螨已通过未知途径抵达澳大利亚，威胁着国内的蜂蜜产业。昆士兰凯恩斯的亚洲蜂群。图片来源：RosGloag博士"我们很幸运能够获得这一入侵种群的完整采样时间表，这要归功于昆士兰州农业和渔业部做出的巨大努力。虽然这次尝试没有成功，但收集到的生物材料对于了解这些入侵是如何进行的非常有价值。这反过来又帮助我们更好地应对未来的入侵。"有了这个全面的样本集，科学家们得以对10年来收集的118只蜜蜂的整个基因组重新测序。Gloag博士说："我们基本上可以观察到自然选择随着时间的推移在遗传多样性较低的种群中发挥作用。从这个独特的有利位置，我们可以看到，选择是作用于基因组中的变异，而这些变异是随着最初的几只蜜蜂一起出现的。这不是后来通过突变产生的变异。换句话说，一些遗传多样性很低的物种可以很快适应环境。虽然这对于应对新来入侵物种的环境来说可能是个坏消息，但对于在气候变化或其他自然或人为灾害（如丛林大火）面前暂时崩溃的种群来说，这可能是个好消息。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425686.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425686.htm

科学家发现现存已知最古老的海洋植物 通过无性繁殖活跃了1400多年

科学家发现现存已知最古老的海洋植物通过无性繁殖活跃了1400多年这种创新的基因时钟检测法有可能被广泛应用于各种物种，包括珊瑚、藻类以及芦苇和覆盆子等陆生植物。他们的研究结果发表在《自然生态与进化》杂志上。基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMARHelmholtzCentreforOceanResearchKiel）海洋生态学教授、研究负责人托斯滕-罗伊施博士（ThorstenReusch）解释说："无性繁殖作为一种替代性繁殖模式，在动物界、真菌界和植物界都很普遍。这些所谓的克隆物种通过分枝或出芽的方式产生基因相似的后代，其大小往往达到一个足球场或更大。不过，这些后代的基因并不完全相同。"GEOMAR研究人员领导的研究小组之前的工作已经表明，体细胞突变会在无性繁殖后代中积累，这一过程与癌症类似。现在，Reusch教授、BenjaminWerner博士（伦敦玛丽女王大学）和IlianaBaums教授（奥尔登堡大学亥姆霍兹海洋生物功能多样性研究所）领导的研究小组利用这种突变积累过程开发出了一种新型分子钟，可以高精度地确定任何克隆的年龄。基尔大学的研究人员在罗伊施教授的领导下，将这一新颖的时钟应用于从太平洋到大西洋和地中海广泛分布的海草Zosteramarina（大叶藻）的全球数据集。特别是在北欧，研究小组发现克隆体的年龄可达数百年，与大橡树的年龄相当。最老的种群来自波罗的海，已有1402岁。尽管环境恶劣且多变，但这一无性繁殖出来的个体还是达到了如此高的年龄。波罗的海的海草种群，这不是一个生物种群，而是无性繁殖形成的。图片来源：PekkaTuuri这些对克隆物种的新年龄和寿命估计填补了一个重要的知识空白。特别是在海洋生境中，珊瑚和海草等许多基本生境形成物种可以进行无性繁殖，它们的克隆体可以变得非常大。从母体克隆中不断产生基因相同但物理上分离的小芽或片段，意味着这些物种的年龄和大小是不相关的。现在，这项新研究提供了一种工具，可以对这些克隆进行高精度的日期测定。托尔斯滕-罗伊施说："这些数据反过来又是解决保护遗传学中一个长期存在的难题的先决条件，即为什么如此大的克隆能够在多变和动态的环境中持续存在。"一旦获得高质量的鳗草基因组信息，工作就可以开始了。这项研究的另一个关键因素是，加州大学戴维斯分校（UCDavis）的同事在他们的培养槽中保存了一个海草克隆长达17年之久，作为一个校准点。"这篇论文展示了癌症进化生物学家和海洋生态学家之间的跨学科互动如何能够带来新的见解，"昆士兰大学数学与癌症进化讲师本杰明-维尔纳（BenjaminWerner）博士说，他主要研究肿瘤的体细胞进化，而肿瘤也是克隆发育的。HIFMB分子生态学家IlianaBaums教授补充说："我们现在可以将这些工具应用于濒危珊瑚，以制定更有效的保护措施，我们迫切需要这些措施，因为前所未有的热浪威胁着珊瑚礁。"托尔斯滕-罗伊施说："我们预计，延伸超过十公里的其他海草物种及其Posidonia属的克隆体将显示出更高的年龄，从而成为地球上迄今为止最古老的生物。这些将是下一个研究对象。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434643.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434643.htm

新研究揭示蝴蝶和飞蛾共享古老的DNA区块

新研究揭示蝴蝶和飞蛾共享古老的DNA区块英国埃克塞特大学、德国吕贝克大学和日本岩手大学的研究人员开发了一种分析各种蝴蝶和飞蛾染色体的方法。非洲帝王斑蝶的染色体。使用与荧光报告基因相连的DNA探针，红点突出显示了每条染色体的末端。资料来源：埃克塞特大学他们发现了存在于所有飞蛾和蝴蝶物种中的染色体块，还发现了毛翅目蝶科（石蛾，Trichoptera）的染色体块，这些蝶科水生蝶类在大约2.3亿年前与飞蛾和蝴蝶有着共同的祖先。飞蛾和蝴蝶（统称为鳞翅目）的染色体数量差异很大，从30到300不等，但这项研究的发现却显示了显著的证据，表明它们的同源区块（结构相似）可以追溯到很久以前。位于康沃尔郡埃克塞特彭林校区的生态学与保护中心的理查德-弗伦奇-康斯坦特教授说："DNA被压缩成单个颗粒或染色体，它们构成了遗传的基本单位。如果基因在同一根'弦'上，或者说在染色体上，它们往往会被遗传在一起，因此是'相连'的。然而，不同动物和植物的染色体数目相差很大，因此我们无法轻易分辨出哪些染色体与哪些染色体有关。当染色体数目差异很大时，这就成了一个大问题，鳞翅目昆虫就是如此。"雌雄非洲帝王斑蝶正在交配图片来源：埃克塞特大学"我们开发了一种简单的技术，可以观察每条染色体上基因块的相似性，从而让我们真实地了解它们是如何随着不同物种的进化而变化的。结果发现，所有蝴蝶和飞蛾中都存在30个基本的'同源'单位（字面意思是'在同一根绳子上'，绳子就是DNA），并且可以一直追溯到它们的姊妹蝶类。"蝴蝶通常被视为保护生物多样性的关键指标，而由于人类活动的影响，全球许多蝴蝶物种都在减少。然而，这项研究表明，它们也是研究染色体进化的有用模型。这项研究提高了科学界对飞蛾和蝴蝶基因如何进化的认识，重要的是，类似的技术也可能为其他动物或植物类群的染色体进化提供启示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384813.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384813.htm

昆虫在1.4亿年前为第一朵花授粉 但不是蜜蜂

昆虫在1.4亿年前为第一朵花授粉但不是蜜蜂来自澳大利亚悉尼植物园、麦考瑞大学、霍克斯伯里环境研究所和悉尼新南威尔士大学的科学家结合分子数据制作了最先进的系统发育树，并观察了昆虫和植物化石，说明了植物授粉的历史，他们确信现场出现的第一个生物不是蜜蜂。为什么？大多数证据表明它早于蜜蜂存在，而且这种昆虫很小，因为这第一朵花与我们今天所知的精心设计的吸引动物的设计完全不同。研究人员说，最有可能的嫌疑人是一只小苍蝇、甲虫，也许是一只蠓甚至是一种早已消失于地球的昆虫。为解开这个谜团，研究人员将所有开花植物科的错综复杂的树拼凑在一起，其中包括1160种植物，其谱系可追溯到约1.45亿年前。有了这个，他们追踪了这些植物的传粉者，观察了它是如何随时间变化的，并注意到了关键的进化转变。复杂的系统发育树追踪授粉的祖先根，显示昆虫的优势RubyEStephens/UNSW通过绘制昆虫、脊椎动物（包括蜂鸟和蝙蝠）、风和水的地图，研究小组发现，在整个历史上，大约86%的植物授粉都是由虫子完成的，并且至今仍是主导力量。“进化树向我们展示了植物科在何时进化，”主要作者、麦考瑞大学博士生RubyE.Stephens说。“通过运行不同的模型，我们可以从现在给植物授粉的因素向后映射到过去可能给该植物的祖先授粉的因素。”虽然研究人员观察到风授粉在历史上已经进化了42次，但几乎没有证据表明这一过程再次逆转到动物身上。通过这一点，科学家们确信最初的传粉者实际上是一种昆虫。在开花植物（被子植物）出现之前，植物和昆虫都在地球上存在了数百万年。现在，大约90%的植物都是依靠授粉开花的植物。当然，这些植物对食物、工业、栖息地和生物多样性以及地球上的整体生命至关重要。植物还进化出聪明的策略来最大限度地提高它们留下来的机会，包括发展出精致的颜色、形状、诱人的气味，甚至是性模仿来吸引动物。然后，许多人会提供食物、水和花蜜等礼物，以确保这种互惠互利的关系继续下去。虽然科学家们无法确定哪种动物是开花植物生命的第一信使，但该研究强调了昆虫在维持地球生命方面发挥的极其重要的作用。“这是一个重大发现，揭示了当今地球上几乎所有植物起源的一个关键方面，”斯蒂芬斯说。“植物是我们星球的生命线，我们的研究强调了昆虫在整个地球历史上对植物繁殖的重要性。”该研究发表在《新植物学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363815.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363815.htm

大黄蜂通过观察其他蜜蜂来学习解决难题

大黄蜂通过观察其他蜜蜂来学习解决难题为了确定这一点，研究人员设计了各种实验，他们打造了一个有两个选择的谜题箱，可以通过顺时针推动红色标签或逆时针推动蓝色标签来打开，然后会露出50%的蔗糖溶液奖励。蜜蜂从一个通过推动蓝色标签打开的谜题箱中进食。演示者"蜜蜂被训练成使用红色或蓝色标签，"观察者"蜜蜂在一旁观看。当轮到观察者解决这个谜题时，他们绝大多数都选择使用他们所看到的同样的方法，甚至在发现了替代选项之后也是如此。整个蜂群都保持着对所教方法的偏爱，统计数据发现平均有98.6%的蜂箱是用所教方法打开的。社会学习对获得谜题箱解决方案的重要性也通过对照组得到了说明，该组没有示范者。在这组中，一些蜜蜂成功地打开了谜题箱，但与那些看到另一只蜜蜂先打开谜题箱而受益的蜜蜂相比，他们的打开次数要少得多。有示范者的观察者蜜蜂在一天内打开的盒子的中位数是28个，而对照组只有一个。在另一个实验中，研究人员将"蓝色"和"红色"的演示者放入相同的蜜蜂群中。在第一个蜂群中，到第12天，观察者开箱的263次中有97.3%使用了红色方法。在第二个群体中，除了一天之外，观察者在所有的日子里都喜欢用蓝色方法而不是红色方法。在这两种情况下，这证明了行为趋势是如何首先在一个群体中出现的--大部分是由于有经验的蜜蜂从觅食中退休和新的学习者出现，而不是任何蜜蜂改变它们的首选行为。类似的实验结果也被用于灵长类动物和鸟类等物种，表明它们和人类一样，有能力进行培养。如果大黄蜂也有这种能力，这就有可能解释在社会性昆虫中看到的许多复杂行为的进化起源。现在看来是本能的行为可能是在社会中学习的，至少最初是这样。来自伦敦玛丽女王大学的主要作者爱丽丝-布里奇斯博士说。"大黄蜂--事实上，一般的无脊椎动物--在野外并不显示出类似于文化的现象。然而，在我们的实验中，我们看到大黄蜂群体中行为"趋势"的传播和维持--类似于在灵长类动物和鸟类中看到的情况。像这些大黄蜂这样的社会性昆虫的行为剧目是地球上最复杂的一些，但其中大部分仍被认为是本能的。我们的研究表明，社会学习对这种行为的进化的影响可能比以前想象的要大"。伦敦大学玛丽皇后学院感官和行为生态学教授、《蜜蜂的心灵》一书的作者拉斯-奇特卡教授说。"蜜蜂能够观察和学习，然后将这种行为变成一种习惯，这一事实增加了越来越多的证据，表明它们是比很多人认为的要聪明得多的生物。""我们倾向于忽视蜜蜂、蚂蚁和黄蜂在我们星球上形成的"外星文明"--因为它们体型小，它们的社会和建筑结构乍一看似乎受本能支配。然而，我们的研究表明，新的创新可以像社交媒体上的备忘录一样通过昆虫群落传播，这表明它们可以对全新的环境挑战做出更快反应，而不是通过进化变化，这需要很多代人的努力才能体现出来。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348429.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348429.htm