【动物植物】研究发现独特的大脑结构可能是现存鸟类祖先在大灭绝中幸存下来的原因；海獭是如何保暖的？科学家新发现揭示了这个秘密 - 海洋鸟类研究论文

0 n. m5 u8 q4 r* J! V9 {) R) a: I

▼ ' _& W. h& y* i. o# p2 i R" I

研究发现独特的大脑结构可能是现存鸟类祖先在大灭绝中幸存下来的原因

海獭是如何保暖的？科学家新发现揭示了这个秘密

猫咪或可被当成有价值的模型生物 帮助更好地了解人类基因“暗物质”

7 [; z- K7 T4 F5 N

科学家在琥珀化石中发现3.1亿年前马蹄蟹的大脑

研究：生物入侵正威胁着鸟类和哺乳动物的多样性

科学家解开了宝塔花菜独特形状的形成之谜：花蕾生长失败变成了茎

关注视频号，发现更多精彩01

研究发现独特的大脑结构可能是现存鸟类祖先在大灭绝中幸存下来的原因

德克萨斯大学奥斯汀分校领导的对新发现的鸟类化石的研究发现，一种独特的大脑结构可能是现存鸟类的祖先在大灭绝中幸存下来的原因，大灭绝夺走了所有其他已知的恐龙的生命。首席调查员Christopher Torres说："现存鸟类的大脑比除哺乳动物以外的任何已知动物都要复杂，"他在获得德克萨斯大学奥斯汀分校自然科学学院的博士学位时进行了这项研究，现在是俄亥俄大学国家科学基金会的博士后研究员和德克萨斯大学杰克逊地球科学学院的研究助理。“这块新化石最终让我们检验了这些大脑在他们的生存中发挥了重要作用的观点。”这块化石大约有7000万年的历史，有一个几乎完整的头骨，这是化石记录中罕见的情况，使科学家们能够将这种古老的鸟类与现存的鸟类进行比较。这些发现于2021年7月30日发表在《科学进展》杂志上。这块化石是一种名为Ichthyornis的鸟类的新标本，它与其他非鸟恐龙同时灭绝，在白垩纪后期生活在现在的堪萨斯州。Ichthyornis融合了鸟类和非鸟恐龙的特征--包括长满牙齿的下颚，但顶端有喙。完整的头骨让Torres和他的合作者近距离观察了大脑。鸟类的头骨紧紧包裹着它们的大脑。利用CT成像数据，研究人员像制作模具一样将Ichthyornis 的头骨用来制作其大脑的三维复制品，这被称为颅腔模型。他们将该颅腔模型与为现存鸟类和更遥远的恐龙近亲制作的颅腔模型进行了比较。研究人员发现，Ichthyornis的大脑与非鸟恐龙的共同点多于现存鸟类。特别是现存鸟类的大脑半球比Ichthyornis的大得多。这种模式表明，这些功能可能与在大规模灭绝中的生存有关。Torres说："如果大脑的一个特征影响了生存能力，我们会期望它存在于幸存者中，但在伤亡者中却不存在，比如Ichthyornis。这正是我们在这里看到的情况"。几个世纪以来，寻找早期鸟类和密切相关的恐龙的头骨一直是古生物学家面临的挑战。鸟类的骨架是出了名的难以保存，很少能在化石记录中完整地保存下来。保存完好的头骨尤其罕见--但这正是科学家们所需要的，以便了解它们的大脑在生活中是什么样的。“Ichthyornis是揭开这一谜团的关键，”该研究的共同作者Julia Clarke说。“这块化石有助于使我们更接近于回答一些关于活鸟和它们在恐龙中的生存能力的顽固问题。”02 7 p _5 M) S+ u Z8 d( K

海獭是如何保暖的？科学家新发现揭示了这个秘密

来自 Texas A&M 研究团队发现，海獭可以通过释放骨骼肌中产生的热量提供全身保暖，从而提高了它们的代谢率。海獭是最小的海洋哺乳动物。作为冷水居民，保暖是重中之重，但它们浓密的皮毛提供的保暖力度比较有限。我们早就知道高代谢会产生它们生存所需的热量，但直到现在我们才知道它们是如何产生热量的。研究人员最近发现，海獭的肌肉通过释放呼吸消耗足够的能量，这些能量不用于执行任务，这是它们高代谢率的原因。这一发现解释了海獭如何在冷水中生存。该团队由 Texas A&M 大学教育与人类发展学院研究助理教授兼生物学家 Tray Wright、人类骨骼肌代谢专家 Melinda Sheffield-Moore、海洋哺乳动物生态学专家 Randall Davis 和 Heidi Pearson，以及来自蒙特雷湾水族馆的兽医 Michael Murray 组成。他们的这项发现发表在《Science》期刊上。该团队收集了来自不同年龄和体重的北部和南部海獭的骨骼肌样本。他们测量了呼吸能力，即肌肉使用氧气的速度，发现肌肉产生的能量不仅仅对运动有益。Wright 表示：“肌肉通常情况下被认为是为了移动身体。当肌肉活跃时，它们用于运动的能量也会产生热量”。赖特说，因为肌肉占体重的很大一部分，在哺乳动物中通常占 40-50%，所以它可以在活动时迅速使身体变暖。赖特说：“肌肉还可以通过使用一种称为泄漏呼吸的代谢短路，在不做任何运动的情况下产生热量”。我们更熟悉的一种肌肉产生的热量是颤抖。赖特说，这种无意识的运动允许身体通过收缩产生热量来激活肌肉，而海獭的呼吸可以在没有颤抖的情况下做同样的事情。03

猫咪或可被当成有价值的模型生物 帮助更好地了解人类基因“暗物质”

兽医专家Leslie Lyons在2021年7月28日发表在《遗传学趋势》杂志上的一篇文章中指出，猫有可能成为遗传学家的一个有价值的模型生物，因为猫的基因组排序与人类相似。来自密苏里大学兽医和外科系的Lyons说：“在研究中使用猫确实被忽视了，因为人们没有意识到其优势。狗或老鼠的基因组有重新排列的染色体，与人类有很大的不同，但家猫的基因与人类的大小差不多，而且其基因组与人类一样，是非常有组织和保守的。”Lyons写道，猫可能是帮助研究人员更好地了解我们的基因“暗物质”的一种资产。虽然占我们DNA的95%，但长期以来，它被认为是几乎没有后果的填充信息，然而，基因组“暗物质”中大约10%的非编码区域在哺乳动物中是保守的，这表明它有一个重要的、被误解的作用。已经发现猫的遗传疾病与它们的遗传“暗物质”的功能障碍有关，使它们成为这种类型研究的潜在模式生物。

“当我们发现也许动物的基因之间有更相似的间距，而且基因的顺序也相同，也许这将帮助我们破译人类的情况，” Lyons说。“使用灵长类动物的费用偏高，但猫的可负担性和温顺的天性使它们成为了解人类基因组最可行的动物之一。”猫可以启迪人类基因组的另一个原因是，我们拥有克隆猫和制造转基因猫的技术。第一个克隆猫Cc（CopyCat的简称）诞生于2001年。它的细胞供体是一只典型的三花猫，有黑色、橘色和白色的毛发，但Cc的毛发上没有任何橘色，违背了孟德尔定律和其他基本的遗传原则。这是一条线索，表明在Cc的基因中发生了一些研究人员现在才开始了解的事情。猫也可以在遗传病的精准医疗中发挥作用，在这种医疗中，研究人员不是治疗症状，而是修复实际的基因和基因的作用。例如，某些品种的猫容易患多囊肾这种遗传病，而这种病也困扰着人类。Lyons写道，如果我们能用精准医学治疗猫的这种疾病，我们就可以把这些经验应用到我们身上。“所以，如果你和你的猫走进兽医诊所的大门，没有外伤，没有喂养问题，可能是猫的基因有问题。兽医可以对基因进行排序，并有可能更迅速地找到事情的原因，然后制定出比仅仅治疗症状更合适的治疗方法，”Lyons说。“我们可以为我们的宠物提供一个更有针对性的医疗保健计划，更多的资金将把所有不同的部分都落实到位。”04 . ~) }' F6 ?, v3 m% J u i% P) @

科学家在琥珀化石中发现3.1亿年前马蹄蟹的大脑

研究人员发现了化石记录中最古老、保存最完好的大脑之一。由于一种以前不为人知的保存方法，人们发现了一只3.1亿年前的马蹄蟹，它的大脑完好无损。 5 X' T" Z6 f4 l+ f# r

我们对古代生物的大部分知识都来自骨骼--软组织很难变成化石。有些机制在保护这些脆弱组织方面比其他机制更好，最著名的就是琥珀了。然后，科学家可以扫描琥珀包裹的生物以对它们的大脑和其他器官进行成像。据了解，最古老的琥珀包裹体可以追溯到2.3亿年前的三叠纪时期。然而伯吉斯页岩状矿床可以追溯到5.2亿年前的寒武纪早期。这些泥岩沉积物还可以将软组织保存为碳膜--最常见的是肠道，但在极少数情况下可以发现神经系统的部分印记。通常情况下，伯吉斯页岩类型的化石被认为是在动物被埋在泥土中时产生的，泥土慢慢变成了一种固体碳酸铁矿物--菱铁矿。这保存了整个身体，从而为科学家们带来了许多详细、著名的三叶虫和马蹄蟹化石。新发现的标本是一种名为Euproops danae的马蹄蟹。它像往常一样被菱铁矿包裹，但在这个故事中，还有另一种矿物起了作用，这种矿物使得它的大脑呈现出鲜明的白色形状，这跟棕色岩石形成了鲜明的对比。“在我们的化石中，Euproops的大脑是由一种叫做高岭石的白色粘土矿物复制，”该研究的论文合著者John Paterson指出，“这种矿物铸件是在大脑腐烂很久之后在大脑留下的空隙中形成。如果没有这种明显的白色矿物，我们可能永远也不会发现大脑。”当研究人员将这个古老的大脑跟其现存亲戚的大脑进行比较时，他们发现其基本结构在此后的数亿年里似乎没有什么变化。Paterson说道：“化石的中枢神经系统跟现存的马蹄蟹非常相似，它们的眼睛和附属物的神经排列方式也很相似。它还显示了食道通过的同样的中央开口。考虑到这一群体在3.1亿年的时间里发生了大量的形态和生态多样性，这是相当了不起的。”这样的发现可以帮助科学家更好地理解古代动物的生物学及长期的进化过程。05 ' [) ]9 o" k. Y/ x# g( m

研究：生物入侵正威胁着鸟类和哺乳动物的多样性

外来物种的引入导致某些本地物种下降：一个来自法国国家科学研究中心(CNRS)及法国巴黎萨克莱大学的研究小组已经通过研究发现，占全球鸟类和哺乳动物系统发育多样性的11%正在受到生物入侵的威胁。因此，由于生物入侵，它们适应环境变化的能力很大程度上可能会丧失。相关研究报告已于8月2日发表在《Global Change Biology》上，它为生态系统的未来和某些物种的消失提供了更好的见解。全球化导致越来越多的物种被引入到自然分布区域之外。所谓的入侵物种的引入导致了某些本地物种的减少：生物入侵是全球范围内生物多样性丧失的最重要驱动因素之一，也是岛屿地区生物多样性丧失的主要驱动因素。截止到目前，对生物入侵的研究主要集中在濒临灭绝物种的数量上。这项由CNRS1和法国巴黎萨克莱大学的科学家进行的研究通过识别和量化处于危险中的鸟类和哺乳动物的概况使进一步研究成为可能。研究人员发现，这两个种群11%的系统发育多样性即它们积累的进化历史受到生物入侵的威胁。这项研究还表明，入侵物种对这些群体的生态策略产生了更大的影响，即它们进食、生活、运作和保护自己免受其他物种伤害的方式。生物入侵威胁鸟类生态策略多样性的40%，哺乳动物生态策略多样性的14%。这项研究证实，作为一个群体，鸟类特别容易受到入侵。事实上，许多鸟类尤其是来自海洋岛屿地区的鸟类在适应更广泛的入侵物种的策略上不如它们的大陆同行。例如，鹭鹤，新喀里多尼亚的一个标志性物种--从系统发育的角度来看是独一无二的，因为它是鹭鹤科的唯一代表--尤其受到老鼠的威胁。这种鸟不会飞，只在地上觅食。因此，它无法适应新的陆地捕食者如老鼠。其他鸟类包括传粉者和种子传播者也面临着生物入侵的风险。因此，这些物种的消失将对生态系统的功能产生影响，而它们是生态系统的活跃部分。这项研究使科学家能够更好地预测鸟类和哺乳动物未来的损失及可能对生态系统造成的后果。06

科学家解开了宝塔花菜独特形状的形成之谜：花蕾生长失败变成了茎

来自法国国家科学研究中心和Inria的科学家团队在2021年7月9日发表在《科学》杂志上的一篇文章中，解开了最奇特的植物形态之一 - 宝塔花菜的形成之谜。结合了数学建模和植物生物学的工作，科学家们能够确定，宝塔花菜整齐而又复杂无比的特殊形状实际上是旨在成为花朵的花蕾，但它却从未达到其目标。相反，它们转而发育成茎，而这些茎又在继续试图开花。宝塔花菜就是从这种连锁反应中诞生的，结果不断的失败带来了层层叠叠长出一个接一个的茎。这项研究表明，花蕾短暂地进入开花状态深刻地影响了它们的功能，使它们与正常的茎不同，宝塔花菜可以在没有叶子的情况下生长，并几乎无限地繁殖。宝塔花菜的非典型形状可以解释为它的茎越来越快地产生花蕾（而其他花椰菜的生产速度是恒定的）。这种加速使每个小花蕾都叠在之前长出的茎上方，呈现出金字塔形的外观，使结构的分形方面变得清晰。这项研究强调了在驯化过程中对植物突变的选择是如何改变它们的形状的，有时是宝塔花菜一样的神秘外贸，有时是性状的巨大的改变，变成我们货架上的水果和蔬菜。 ( V( {5 V* f+ z) s3 p: ~

% S0 |$ L1 y0 x2 m% z) s R& u

Science视频号

2 m, d' ~' @ k" Y

按此关注微信视频号

0 w3 G0 T/ m/ C7 e

Science科学

了解未知 开启认知

按此关注中文公众号

, \- J- n5 @( }! v6 M3 f* r% W" s! S0 Y

Science科学英语平台

1 W4 \9 o% y" u4 V# @; E- s2 m

THE SCIENCE OF EVERYTHING

6 ^$ S0 s" ]6 m1 ] q

按此关注英文公众号

8 a& X! \2 F1 N5 {" I

TechEdge 

8 C: K3 K1 R& ]' s# i6 a5 f) f

科技 点亮未来

& L7 E7 m5 o! E8 Z4 X$ }" K" J+ |

( S. ^( K( c% Z! ]' \2 M8 { H

按此关注中文公众号

" @& Q% U+ M4 h; O& l

◢ 豁然开朗请打赏 ◣

U: ~ w9 O: }, r$ l+ g- N# ~( s

" X. N. L* O R6 |+ E9 A( @: U1 r# p

分享“票圈”，逢考必过，点亮“在看”SCI录用率提高18%

' @. [. ?5 g2 [8 F5 }) O/ R7 a % K$ Z* v7 f' B" k; Q' S: q) h% t