进化实验产生了大2万倍且拥有1万倍韧性的酵母菌

进化实验产生了大2万倍且拥有1万倍韧性的酵母菌现在，来自佐治亚理工学院的科学家们报告了一项实验的初步结果，他们希望继续运行几十年，有一个相当高的目标--将单细胞生命体进化成全新的多细胞生命体。定向进化实验已经进行了几十年，甚至在2018年赢得了诺贝尔化学奖，但那些实验通常集中在制造新药或解决其他问题上，而不是堵住我们遥远的家谱上的漏洞。在这个多细胞长期进化实验（MuLTEE）的第一阶段，研究人员从一种叫做雪花酵母的物种开始。这些微生物在摇晃的孵化器中生长，每天研究小组都会进行一次人工自然选择--生长最快、体积最大的菌落被选为进一步培养的对象。重复这个过程数千次，你就可以很好地接近自然进化中有利于某些特征的环境力量。果然，在大约3000代之后，酵母已经进化到形成超过50万个细胞的集群--比原始菌株大2万多倍。在这一过程中，它们变得肉眼可见，并且变得大约1万倍的坚韧，与木材相当。通过该团队的进化实验，雪花酵母细胞从约100个细胞簇（左）成长到50万个细胞（右）。科学家们进行了更深入的调查，以观察在细胞层面上发生了什么，这使他们取得了如此令人印象深刻的进展。他们发现，单个酵母细胞都已经伸展开来，这减少了每组细胞的密度，因此，减少了它们彼此之间的压力。这使得集群不会像通常情况下在一定的密度下发生断裂，从而使它们能够长得更大。但该团队说，仅凭这种机制不应该导致如此戏剧性的增长。因此他们使用扫描电子显微镜进行了更仔细的观察。"我们发现，有一种全新的物理机制，使这些群体能够成长到这种非常、非常大的尺寸，"该研究的第一作者OzanBozdag说。"酵母的枝条已经纠缠在一起--集群细胞进化出类似于葡萄的行为，相互缠绕，加强了整个结构。"虽然"进化的"酵母仍然缺乏真正多细胞生物的许多生物特征，但这种细胞纠缠似乎是通往这一目标的道路上的一个里程碑。实验也远未结束，所以进一步的发展可能正在路上。该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359727.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359727.htm

量子磁感应：生物学家探寻鸟类导航的进化秘密

量子磁感应：生物学家探寻鸟类导航的进化秘密黄腹纹霸鹟（Empidonaxflaviventris）是一种小型食虫鸟，它不能产生隐花色素4蛋白。这种鸟在北美洲繁殖，冬季迁徙到墨西哥南部和中美洲。图片来源：CorinnaLangebrake一项新的基因研究表明，鸟类眼睛中的隐花色素4蛋白是鸟类磁导航能力的关键，其进化变化凸显了它在适应不同环境中的作用。研究小组在最近发表于英国皇家学会研究期刊《英国皇家学会生物科学院院刊》（ProceedingsoftheRoyalSocietyBBiologicalSciences）上的一篇论文中报告说，这些发现表明隐花色素4能够适应不同的环境条件，并支持隐花色素4具有传感器蛋白功能的理论。奥尔登堡大学和牛津大学的研究表明，磁感应是基于候鸟视网膜上某些细胞中发生的复杂量子力学过程。这些研究成果于2021年发表在科学杂志《自然》上，为隐花色素4就是他们一直在寻找的磁感受器这一假设提供了支持证据。他们证明了隐花色素4存在于鸟类的视网膜中。此外，用细菌生产的蛋白质进行的实验和模型计算都表明，隐花色素4在对磁场做出反应时表现出可疑的量子效应。之前的研究还发现，知更鸟等候鸟体内的隐花色素4对磁场的敏感性要高于鸡和鸽子等留鸟。"因此，隐花色素4在知更鸟身上比在鸡和鸽子身上更敏感的原因必须从该蛋白质的DNA序列中找到，"该研究的第一作者兰格布拉克说。"她补充说："在这些夜间迁徙的鸟类中，该序列可能在进化过程中得到了优化。"在目前的研究中，研究小组首次从进化的角度研究了磁感应。研究人员分析了363种鸟类的隐花色素4基因。首先，他们比较了该蛋白质与两种相关隐花色素的进化速度，发现用于比较的隐花色素基因序列在所有鸟类物种中都非常相似。它们在进化过程中似乎变化很小。这很可能是由于它们在调节体内时钟方面起着关键作用--这种机制对所有鸟类来说都是必不可少的，改变这种机制会产生极其不利的影响。与此相反，隐花色素4被证明具有高度可变性。奥尔登堡大学鸟类学教授、鸟类研究所所长利德沃格尔解释说："这表明，这种蛋白质对于适应特定环境条件非常重要。由此产生的特殊化可能就是磁感应。在其他感官蛋白中也观察到了类似的模式，例如眼睛中的光敏色素。"研究人员随后仔细研究了隐花色素4的基因序列在鸟类进化史中的演变过程。他们的分析揭示了一个值得注意的趋势，尤其是在雀形目（Passeriformes）中，这种蛋白质通过快速选择经历了重大优化。研究结果表明，进化过程可能导致隐花色素4在鸣禽中专门用作磁感受器。研究发现，某些鸟类支系中不存在隐花色素4，如鹦鹉、蜂鸟和霸鹟（Suboscines）。这表明隐花色素4在它们的生存中并不起重要作用。然而，鹦鹉和蜂鸟是定居型鸟类，而一些霸鹟鸟类则是长途迁徙型鸟类，它们与欧洲的小型鸣禽一样，白天和晚上都会飞行。这就提出了一个问题：霸鹟是否发展出了一种独立于隐花色素4之外的磁感，或者它们是否能够在没有磁感的情况下确定自己的方向？另一种可能是，它们的磁感与知更鸟的磁感具有相同的特性，后者依赖于光线，并且会被无线电波干扰。这位生物学家强调说："前两种情况将有力地证实隐色4假说，而第三种情况则会给这一理论带来问题。"Liedvogel说："霸鹟亚目为我们了解隐花色素4的功能和候鸟磁感应的重要性提供了一个天然的工具。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429969.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429969.htm

此前未被知晓的细胞内电力可能为生物学研究提供动力

此前未被知晓的细胞内电力可能为生物学研究提供动力生物凝结物，有点像水中的油滴，蕴藏着不平衡的电荷，可能为早期生命的开始提供所需的能量。现在，杜克大学的研究人员发现，这些类型的电场也存在于另一种类型的细胞结构内和周围，称为生物凝结物。就像漂浮在水中的油滴一样，这些结构的存在是因为密度的不同。它们在细胞内形成隔间，而不需要膜的物理边界。以前的研究表明，与空气或固体表面相互作用的微水滴会产生微小的电不平衡，受此启发，研究人员决定看看小型生物冷凝物是否也是如此。他们还想看看这些不平衡是否像这些其他系统一样引发了活性氧，"氧化还原"反应。他们的基础性发现于4月28日发表在《化学》杂志上，可以改变研究人员对生物化学的思考方式。它还可能提供一条线索，说明地球上的第一个生命是如何利用产生所需的能量的。"在没有酶催化反应的前生物环境中，能量从何而来？"在生物医学工程系AlanL.Kaganov特聘教授AshutoshChilkoti和生物医学工程系JamesL.Meriam特聘教授LingchongYou的实验室工作的杜克大学博士后研究员戴一凡问。这一发现为反应能量的来源提供了一个合理的解释，就像放在电场中的点状电荷所获得的势能一样。当电荷在一种材料和另一种材料之间跳跃时，它们可以产生分子碎片，这些碎片可以配对并形成羟基自由基，其化学式为OH。然后这些可以再次配对，形成过氧化氢（H2O2），数量微小但可检测。但是，除了细胞膜之外，界面很少在生物系统中被研究，而细胞膜是生物学中最重要的部分之一。"所以我们想知道在生物凝结物的界面上可能会发生什么，也就是说，如果它也是一个不对称的系统。"细胞可以建立生物凝结物，将某些蛋白质和分子分开或困在一起，阻碍或促进它们的活动。研究人员刚刚开始了解凝结物是如何工作的，以及它们可以用来做什么。Chilkoti实验室擅长创造自然发生的生物凝结物的合成版本，研究人员很容易为他们的理论创造一个试验台。在加州大学伯克利分校克里斯托弗-J-张小组的博士后学者马可-梅西纳的帮助下，他们将一种染料添加到系统中，在活性氧的存在下发光。在一项突破性的研究中，研究人员发现了生物凝结物中的电活动，这些细胞结构以前并不知道会有这种活动。传统上，科学家们认为，对生物过程至关重要的电不平衡只能存在于细胞膜之间。然而，这项研究在之前发现这种不平衡可能发生在空气和水微滴之间的研究基础上，揭示了类似的电场也存在于生物凝结物内部和周围。研究人员发现，这些不平衡可以引发活性氧或"氧化还原"反应。这一发现不仅挑战了现有的对生物化学的理解，而且还可以提供关于地球上第一个生命如何利用其存在所需能量的见解。他们的预感是正确的。当环境条件合适时，凝结物的边缘开始发出光芒，证实了一个以前未知的现象在起作用。Dai接下来与斯坦福大学MargueriteBlakeWilbur化学教授RichardZare进行了交谈，他的小组建立了水滴的电气行为。Zare听到生物系统中的新行为后非常兴奋，并开始与该小组合作研究其潜在机制。Zare说："受到以前关于水滴的工作的启发，我的研究生ChristianChamberlayne和我认为同样的物理原理可能适用并促进氧化还原化学，例如过氧化氢分子的形成。这些发现表明为什么凝结物在细胞的运作中如此重要。""以前关于生物分子凝结物的大多数工作都集中在它们的内部，"Chilkoti说。"生物分子凝集物似乎具有氧化还原活性，这表明凝集物并不像人们通常理解的那样简单地进化为执行特定的生物功能，而是它们还被赋予了一种对细胞至关重要的化学功能。"虽然我们细胞内的这种持续反应的生物学意义尚不清楚，但研究人员指出了一个生物前的例子，说明其影响可能是多么强大。我们细胞的动力中心，称为线粒体，通过相同的基本化学过程为我们所有的生命功能创造能量。但是在线粒体或甚至最简单的细胞存在之前，必须有东西为生命的最初功能提供能量才能开始工作。研究人员提出，这种能量是由海洋中的热喷口或温泉提供的。还有人提出，这种发生在水微滴中的氧化还原反应也是由海浪的喷射产生的。"当物质变得微小，界面体积与它的体积相比变得巨大时，神奇的事情就会发生，"Dai说。"我认为其影响对许多不同的领域都很重要。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357905.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357905.htm

干细胞生物学家为研究创造新的人类细胞类型

干细胞生物学家为研究创造新的人类细胞类型鲁汶大学的VincentPasque教授和他的团队已经成功地在实验室里利用干细胞生成了一种新型的人类细胞。这些新细胞与早期人类胚胎中的自然对应物非常相似。因此，研究人员现在可以更好地研究胚胎植入子宫后的情况。该研究结果发表在《细胞·干细胞》杂志上。如果一切顺利的话，人类胚胎在受精后约七天植入子宫。在这一点上，由于技术和伦理上的限制，胚胎变得无法用于研究。这就是科学家们已经开发了各种类型的胚胎和胚胎外细胞的干细胞模型，以便在培养皿中研究人类发育的原因。由VincentPasque领导的研究团队已经为一种特定类型的人类胚胎细胞，即胚胎外中胚层细胞，开发了第一个模型。Pasque教授说：“这些细胞在胚胎中产生第一滴血，帮助胚胎附着在未来的胎盘上，并在形成原始脐带中发挥作用。在人类中，这种类型的细胞出现在比小鼠胚胎更早的发育阶段，而且物种之间可能还有其他重要差异。这使得我们的模型特别重要：对小鼠的研究可能不会给我们同样适用于人类的答案。”研究人员用人类干细胞制作了他们的模型细胞，这些细胞仍然可以发育成胚胎的所有细胞类型。这些新细胞与人类胚胎中的自然对应物非常相似，因此是该特定细胞类型的良好模型。“你不会每天都制造一种新的人类细胞类型，”Pasque说。“我们非常兴奋，因为现在我们可以研究通常在发育过程中无法触及的过程。事实上，该模型已经使我们找到了胚胎外中胚层细胞的来源。从长远来看，我们的模型也将有望对生育问题、流产和发育障碍等医学难题提供更多的启示。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311881.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311881.htm

国际知名生化和细胞生物学家管坤良回中国任教

国际知名生化和细胞生物学家管坤良回中国任教在美国工作30多年的国际知名生物化学和细胞生物学家管坤良回到中国，并加入西湖大学任教。据澎湃新闻报道，西湖大学星期天（8月6日）发布消息称，国际知名生物化学和细胞生物学家、原加利福尼亚大学圣地亚哥分校杰出教授管坤良，本月初正式加入西湖大学、西湖实验室，受聘为分子细胞生物学讲席教授。此前，管坤良自1989年从美国普渡大学博士毕业后，已在美从事科研工作30多年。公开资料显示，管坤良是浙江桐乡人，1982年获浙江大学（原杭州大学）学士学位，1989年获普渡大学博士学位，1989年至1991年在普渡大学从事博士后研究，1992年至2007年在密歇根大学任教，2007年进入加利福尼亚大学圣地亚哥分校任教，并于2013年至2023年受聘为该校杰出教授。管坤良主要从事细胞生长调控和肿瘤发生的信号转导方面的研究，截至目前已发表300多篇研究论文，是分子生物学和遗传学领域被引用最多的研究人员之一。管坤良曾在1998年获得被视为美国跨领域最高奖项之一的“麦克阿瑟天才奖”。据浙江省侨联文章介绍，管坤良首先发现了双专一性蛋白质磷酸脂酶，这一类酶在细胞生长、细胞分裂和细胞癌变过程中起着极其重要的作用，他领导的实验室对细胞生长的调控作出了重要贡献。麦克阿瑟奖金是由麦克阿瑟基金会颁发的一个奖项，每年有代表性的奖励20至40名美国人或定居于美国的外国人，颁发给在各个领域、不同年龄“在持续进行创造性工作方面显示出非凡能力和前途”的人。

生物学家从精子细胞的游泳行为中发现新的遗传变异

生物学家从精子细胞的游泳行为中发现新的遗传变异这项研究以精子细胞的游泳行为为中心，首次确立了突变对精子行为的直接影响，并表明基于精子行为的筛选的发展和应用可以提高它们所携带的遗传基因的质量。雄性Astyanaxmexicanus（洞穴盲鱼）资料来源：纽约大学理查德-博洛夫斯基"直到现在，占主导地位的观点是，游泳行为的这种变化反映了雄性的整体遗传学，而不是单个精子细胞的可变遗传学，"纽约大学生物系名誉教授、该论文的资深作者RichardBorowsky解释说，该论文将于今天（11月11日）发表在《科学报告》杂志上。"这项研究首次证明遗传差异可以直接影响精子细胞的游泳行为"。他补充说，这种更全面的掌握可能会提供更多关于异常精子细胞对后代的影响的知识，特别是出生缺陷。这项工作包括纽约大学在研究时的研究生、现在中国杭州西湖大学的陈海宁，重点研究雄性鱼特别是Astyanaxmexicanus洞穴盲鱼的精子细胞。该研究比较了正常鱼的精子细胞和精子生产被人为地变异的鱼的精子细胞。这使科学家们能够确定可能改变精子在使卵子受精的比赛中的机会的行为和形态特征。单个游动精子在一秒钟内的路径，说明单个精子在游动速度和曲率方面的巨大差异。资料来源：纽约大学理查德-博洛夫斯基他们的研究结果显示，正常样本和变异样本之间的鞭毛长度没有差异--这种毛发状的附属物在它们游向卵子时推动它们。然而，与正常样本相比，变异样本的速度或游动速度有更大的变化--这意味着在许多情况下，变异样本的游动速度比正常样本低或快。总的来说，虽然两种类型的精子细胞看起来相似，但它们的行为却有很大的不同，而且是在关键阶段。这些发现为繁殖的本质提供了额外的见解。长期以来，由于男性之间的遗传差异，来自不同男性的精子在特征上有所不同。这项研究确定，来自同一男性的不同精子在其特征上有所不同，因为它们的基因载荷不同。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332533.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332533.htm