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生物学科技信息|法老蚁·猫薄荷·光免疫·膳食补充剂·昆虫婚飞·1厘米细菌·两爬衰老·螨虫·南极蠓

花匠小妙招
2024-12-14 23:45

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蚂蚁为啥能分工明确？

原来是“脑回路”不同

摘自6月17日《科普时报》报道，在动物的演化历程中，一个重大转折事件就是社会组织的出现，让动物的适应性大为加强。今天，我们仍能在不同的物种中找到社会组织从简单到复杂的一系列连续变化形式。通过解析蚂蚁为代表的社会性昆虫大脑细胞类群组成特点，中外科学家研究团队揭示了社会性昆虫伴随着社会分工而出现的脑特化现象，并构建了一个涵盖蚂蚁社会中所有分工角色的大脑单细胞转录组图谱。上述研究成果于6月16日发表在 Nature Ecology & Evolution 杂志上。

法老蚁的社会品级分化

图片来源：刘薇薇等

为揭示蚂蚁品级分化的内在机制，研究团队以法老蚁为模式生物，通过单细胞转录组测序技术展开了研究。法老蚁是一种适应性极强、对生长环境要求低、世界广布的蚂蚁。其个体小，繁殖快，发育周期短，群体数量庞大。法老蚁行多后制，蚁群内能同时存在多个蚁后，可以在巢内自交，可诱导产生新的生殖蚁，易于在实验室多代大量饲养。法老蚁这些生物学特点使其能够成为社会性昆虫研究的模式物种。

通过比较法老蚁四种成体大脑的细胞组成，研究结果显示，蚂蚁不仅在体形上有明显的分化，在脑结构和功能上，也存在明显的分化。比如负责高级认知功能的蘑菇体在工蚁中非常发达，嗅叶也很发达，而雄蚁则是视叶非常发达，雌性繁殖蚁的大脑则介于工蚁和雄蚁之间。

“这意味着工蚁是更倾向于嗅觉感知的动物，它们有更好的学习记忆能力和高级认知功能，能够处理复杂信息，拥有更为灵活的行为策略。而雄蚁视觉系统极度发达，嗅叶和蘑菇体却相对不发达，这可能与其仅担负交配职责而完全不参与蚁巢其他工作的行为相关。”论文的共同通讯作者、中国科学院昆明动物研究所副研究员刘薇薇介绍说，处女繁殖蚁和蚁后具有中间形态的大脑，意味着它们具有相对全面的行为模式，可以在必要时担负各种职责，它们的大脑可能更接近蚂蚁社会性起源之前的祖先状态。

法老蚁不同品级脑结构三维结构重建

图片来源：Bjarke H. Dethlefsen等

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猫薄荷“魔力”从何而来

摘自6月17日《中国科学报》报道，猫薄荷让猫变得“疯狂”——后者会在猫薄荷上摩擦、打滚并咀嚼和舔舐它。人们普遍认为，这种植物和木天蓼一样，具有令猫陶醉的特性，但这可能不是猫如此热衷于摩擦和咀嚼这种植物的唯一原因。日本研究人员发现，当猫咀嚼猫薄荷时，这种植物会释放出大量强效驱蚊物质，这似乎可以保护猫免受害虫的伤害。6月14日，相关研究发表于 iScience 。

图片来源：Nils Jacobi/Shutterstock

为何猫薄荷和木天蓼对猫有如此的“魔力”？论文第一作者、岩手大学动物行为研究员Masao Miyazaki希望弄清发生了什么。Miyazaki的职业生涯始于兽医学，并对化学物质（如信息素）如何驱动动物本能行为产生了兴趣。猫薄荷和木天蓼的叶子中含有荆芥醇和荆芥内酯混合物，这些环烯醚萜能保护植物免受害虫侵害。为了观察猫的行为如何影响植物释放化学物质，Miyazaki与名古屋大学的化学家合作，发现猫对木天蓼的物理损伤促进了环烯醚萜的释放，且释放量比完整叶子的释放量高10倍。植物不仅释放了更多的环烯醚萜类化合物，而且它们的成分也发生了变化。Miyazaki说：“在完整的叶子中，荆芥醇占环烯醚萜类化合物总量的90%以上，但随着其他环烯醚萜类化合物的大量增加，在受损的叶子中，这一比例下降到45%左右。”

在之前的研究中，Miyazaki团队证明了这些化合物有效击退了白纹伊蚊。现在，该团队已经证明，当猫通过摩擦、翻滚、舔舐和咀嚼来破坏木天蓼时，叶片释放的混合物的驱虫性能更强。这些植物叶片中环烯醚萜类化合物的多样性使其即使在低浓度下也具有较强的驱蚊虫的作用。

为测试猫是否对这些混合物有特别的反应，研究人员为猫提供了含有纯荆芥内酯和荆芥醇的盘子。Miyazaki说，“它们舔着塑料盘子，在盘子上摩擦和翻滚。”“当把环烯醚萜混合物涂在盘子底部，然后用一个穿孔的塑料盖盖住时，猫仍然有舔舐和咀嚼的动作，尽管它们无法直接接触这些化学物质。”Miyazaki说，“这意味着舔舐和咀嚼是由环烯醚萜混合物的嗅觉刺激引发的动物本能行为。”

接下来，Miyazaki团队计划了解是哪种基因导致了猫对猫薄荷和木天蓼的反应。“我们未来的研究有望回答为什么这种反应仅限于猫科动物，以及为什么一些猫对这些植物没有反应等问题。”Miyazaki说。

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光免疫疗法

可“点亮”并清除癌细胞

光免疫疗法的动物实验。

图片来源：《BMC医学》

发布在 BMC Medicine 杂志上的这种新疗法将一种特殊的荧光染料与一种癌症靶向化合物结合起来。小鼠实验证明，该组合在手术过程中显著提高了癌细胞的可见度，当后来被近红外光激活时，可以触发抗肿瘤效果。由英国癌症研究学院（ICR）领导的该项实验还显示，这种疗法引发了一种免疫反应，可能会启动免疫系统，使其在未来靶向癌细胞，这表明它可以防止胶质母细胞瘤手术后复发。

有些人为何动辄大打出手

或与基因突变有关

摘自中国科普网6月22日报道，人群中，有人温文尔雅，有人暴虐无常。最新研究发现，那些有攻击行为的人，体内可能发生了基因突变。科技日报记者６月１６日从南京大学获悉，该校医学院石云教授团队联合中外学者研究发现，编码大脑内谷氨酸受体GluA3的GRIA3基因突变，会引起人类攻击行为。该论文近日发表于国际精神病学领域学术期刊 Molecular Psychiatry 。

石云介绍，在过去的研究中，研究人员发现，将Ｘ染色体上编码谷氨酸受体GluA3的GRIA3基因从雄性小鼠体内敲除，小鼠会表现出强烈的攻击行为。所以，人类的同源基因GRIA3被学界普遍认为是人类攻击行为的易感基因之一。然而，迄今为止没有直接证据表明GRIA3基因和人类的攻击行为相关。“此次研究，我们在４个有突发攻击行为的欧洲患者中，发现他们携带有GRIA3基因的罕见变体，其中３个患者的GRIA3基因突变，导致GluA3发生G630R的氨基酸残基变化，另一个患者的基因突变导致了GluA3发生E787G的氨基酸残基变化。功能检测表明，这两种突变都造成GluA3功能的丧失，相当于信号接收器坏了。”石云解释，也就是说，谷氨酸结合到突变的GluA3上，不能有效传递神经信号，因此初步判断人类GluA3的功能损坏会导致攻击行为，这与上述敲除GRIA3基因的小鼠的行为一致。除了基因突变的病人，在普通人群中是否存在影响GluA3表达水平的遗传因素，诱发了攻击行为？

随后，研究者在294位男性暴力犯罪服刑人员中发现9人携带10G，另有１人携带11G，占总体的3.4％。而在没有犯罪记录的937位社区男性中，仅有2人携带10G（0.2％），并且没有发现11G的携带者。“这说明10G、11G的携带者在暴力犯罪服刑人员中远高于正常对照人群，而10G和11G严重抑制GluA3的表达，增加了攻击行为的发生风险。”石云介绍。

维生素和膳食补充剂

是在“浪费钱”

摘自6月23日《中国科学报》报道，受复合维生素和膳食补充剂的吸引，美国人2021年在维生素和膳食补充剂上花费了近500亿美元。但科学家表示，对于未怀孕的健康人来说，服用维生素是一种浪费，因为“没有足够证据”表明，维生素有助于预防心血管疾病或癌症。“患者一直在问，‘我应该服用什么补充剂？’”西北大学范伯格医学院医学系内科主任Jeffrey Linder说，“他们认为一定有神奇的药丸能让自己保持健康，但实际上，我们都应该遵循循证的健康饮食和锻炼方法。”6月21日，Linder和西北大学医学院其他科学家撰写的一篇支持美国预防服务工作组（USPSTF）新建议的社论，发表于 JAMA 。

新指南不建议服用维生素E。

图片来源：Michelle Arnold/Alamy

USPSTF是一个独立的专家小组，经常就临床预防服务提出循证建议。基于对84项研究的系统回顾，USPSTF新指南指出，“没有足够证据”表明，服用复合维生素、配对补充剂或单一补充剂可以帮助健康的、未怀孕的成年人预防心血管疾病和癌症。USPSTF特别建议不要服用β—胡萝卜素补充剂，因为它可能会增加患肺癌的风险；也不建议服用维生素E补充剂，因为它在降低死亡率、心血管疾病或癌症方面没有净效益。

“不幸的是，在医生、患者见面时间非常有限的情况下谈论补充剂，往往会错过如何真正降低心血管疾病风险的咨询，比如通过锻炼或戒烟。”Linder说。Linder和同事在 JAMA 的社论中写道，超过一半的美国成年人服用膳食补充剂，预计补充剂的使用量将会增加。他们说，吃水果和蔬菜与降低心血管疾病和癌症风险有关，因此有理由认为，可以从水果和蔬菜中提取关键的维生素和矿物质，并包装成药片，从而为人们省去保持均衡饮食带来的麻烦和花销。

但科学家解释说，水果和蔬菜含有维生素、植物化学物质、纤维和其他营养素的混合物，这些营养物质可能具有协同作用，对健康有益。单独的微量营养素在体内的作用可能不同于与许多其他饮食成分自然组合时的作用。Linder指出，维生素缺乏的人仍然可以从膳食补充剂中获益，比如钙和维生素D，它们已被证明可以预防老年人骨折和跌倒。新的USPSTF指南不适用于怀孕或试图怀孕的人。“孕妇应该记住，这些指南不适用于她们。”社论合著者之一、西北大学医学院的Natalie Cameron说，“某些维生素、叶酸对胎儿健康发育至关重要。满足这些需求最常见的方法是服用产前维生素。我们还需要更多数据，以了解特定维生素补充剂如何改变不良妊娠结局和患妊娠期间心血管并发症的风险。”

此外，西北大学最近的研究发现，大多数美国女性在怀孕前心脏健康状况不佳。Cameron说，除了讨论补充维生素外，医生与患者合作优化怀孕前的心血管健康是产前护理的一个重要组成部分。

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1.8亿年前

昆虫就已举行“集体婚礼”

摘自6月25日《科技日报》报道，许多昆虫都有婚飞这一行为。每当春夏之际，成群飞虫聚集在一片区域飞舞，其实就是婚飞。而该研究表明，这种复杂的集群婚飞行为在1.8亿年前的早侏罗世就已存在于蜉蝣基干类群中。寻找中意的配偶并繁殖下一代，是生物重要的本能行为。近日，中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称南京古生物所）的科研人员，在广西贺州市西湾盆地下侏罗统石梯组中发现了丰富的海陆相动植物化石，建立了“西湾生物群”并揭示了最古老的昆虫婚飞行为，这也是最古老的昆虫资源脉冲现象。通俗来说，婚飞行为就是一次大型“集体婚礼”。该成果为我们深入了解中生代湖泊生态系统的特征和演化历程，以及水—陆生态系统间的联系提供了重要证据。相关成果发表于 Geology 和 Historical Biology 期刊。

视觉中国供图

西湾盆地中生界研究历史悠久，南京古生物所院士斯行健、周志炎都曾研究过产自西湾的植物化石，其中石梯组的昆虫化石曾由研究员林启彬集中报道。这一次，研究团队开展了地层学、古植物学、古昆虫学、沉积学多科学的综合性研究，并将在石梯组发现的鲨鱼卵鞘、昆虫以及植物等化石与前人报道过的其他化石综合命名为“西湾生物群”。在所挖掘的化石中，研究团队在石梯组发现了一层壮观的蜉蝣成虫集群化石，蜉蝣个体数量高达数百只。这些蜉蝣为一新分类群——张氏侏罗沙蜉，归入沙蜉科，在分类位置上属于蜉蝣的基干类群。这是沙蜉科在中国的首次发现，并且是该科已知保存最完整的化石。化石层中蜉蝣成虫互相重叠，虫体朝向各异。化石层中381只成虫保存方向的统计数据图，显示这些蜉蝣化石无明显的定向性。“蜉蝣常被认为‘朝生暮死’，寿命极短，但其实它们变为成虫之前，要在水中度过一段时光。”张前旗告诉记者，现生蜉蝣生命周期的大部分时间都生活在水中，羽化后的成虫通常只能存活数小时至几天。就在短暂的成虫阶段，雄性个体在空中形成密集的集群，雌性个体必须在飞入并穿过雄性集群过程中找到雄虫交配，再找到合适的地方产卵，才能实现后代的繁衍。

本次研究揭示了最古老的昆虫资源脉冲效应。水生昆虫在食物网中扮演着重要角色，是水生植物的分解者和消费者，同时又成为鱼类和其他捕食者的食物。当水生昆虫从水中羽化、扩散到陆地并寻找配偶时，它们便成为了陆地食物网的重要组成部分。除了为捕食者提供食物外，突然出现的昆虫集群还可以对湖泊和溪流附近的植物群落产生“增肥效应”，原因在于这些昆虫的集群死亡和分解能够转变成生态系统的肥料。

这项研究结果表明，侏罗纪蜉蝣短时间之内从水中集群羽化，形成了从水到陆的昆虫脉冲，这可能会导致滨水栖息环境生态系统通量的巨大变化，进而影响基础生态、生物地球化学循环。

科学家发现1厘米长细菌

摘自6月27日《中国科学报》报道，在加勒比海瓜德罗普岛的红树林中，一些奇特的丝状生物潜伏在沉入海底的腐叶上。这些丝状生物长度可达1厘米，是迄今为止发现的最大的单细胞细菌，是已知细菌的50倍。它们以氧化硫为生。2009年，法国安的列斯大学生物学家Olivier Gros在探索瓜德罗普岛的红树林时发现了这种细菌。Gros一开始以为它是一种真菌，而不是细菌。回到实验室后，Gros在显微镜下意识到这种生物不是真核生物。2018年，美国劳伦斯·伯克利国家实验室海洋生物学家Jean-Marie Volland使用一系列方法更仔细地观察了这些细菌，并确认它是一个单细胞生物。相关研究结果6月23日发表于 Science 。

丝状大型硫菌细胞比典型细菌具有更复杂的内部组织。

图片来源：Olivier Gros

这种细菌被称为Thiomargarita magnifica。Volland介绍，科学家在红树林中也发现了其他丝状细菌，但它们都由数十或数百个细胞组成。T. magnifica的独特之处在于，它的丝状物是红树林中最长的，且由一个细胞组成。细菌的核心是液泡—— 一种惰性的充满液体的膜，其周围是膜结合结构。研究人员将其命名为“pepins”，并描述为类似于在真核细胞中发现的细胞器。在其他细菌中，遗传物质在细胞内自由漂浮，通常只有一条环状染色体。而在T. magnifica中，研究人员发现基因信息储存在成千上万的pepins中。其中每一个都含有DNA和核糖体，这些pepins总共拥有多达70万个基因组拷贝。关于T. magnifica还有许多问题，其中包括红树林的特定栖息地含有大量含硫分子和食硫微生物，是否对这种细菌的存在至关重要。而pepins本身也需要更仔细地观察，以确定它们是否都含有相同的遗传物质、核糖体和蛋白质混合体。

研究人员已经对整个细胞进行了测序，其中包含数十万个pepins。“但我们还没有对单个pepins进行测序。”Volland表示，他们不知道每个pepins只包含一个基因组拷贝还是多个。T. magnifica的发现表明，大型和更复杂的细菌可能隐藏在人们的视线中。Gros希望其他团队继续寻找更大的细菌。圣路易斯华盛顿大学生物学家Petra Levin认为，这一发现挑战了细菌的体积限制比真核细胞小的传统观点。细菌具有无尽的适应性，总是令人惊讶，绝不应该被低估。

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https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb3634

迄今最大研究揭示

爬行两栖动物衰老秘密

摘自6月28日《中国科学报》报道，一个由114名科学家组成的国际团队6月23日在 Science 上发表了迄今最全面的全球爬行动物和两栖动物衰老、寿命研究。该研究首次报告了龟、鳄和蝾螈的衰老率特别低，且它们的体形延长了寿命。此外，保护性表型，如大多数龟的硬壳，有助延缓衰老，在某些情况下甚至可以“忽略衰老”，或缺乏生物性衰老特征。今年190岁的塞舌尔巨龟乔纳森是目前“世界上现存最古老的陆生动物”，并因此成为新闻焦点。

锦龟

图片来源：Brian E Kushner

“有证据表明，一些爬行动物和两栖动物衰老缓慢、寿命长。但迄今还没有人对相关野生物种进行过大规模研究。”论文作者、美国宾夕法尼亚州立大学野生动物种群生态学副教授David Miller说。由美国科学家领导的一个国际团队开展了迄今对衰老和寿命最全面的研究，收集了全球77种爬行和两栖动物的107个野外种群的数据。研究人员使用系统发育比较方法，将动物捕获、标记、放归野外并进行观察。他们的目标是分析比较野生环境中变温动物与恒温动物的衰老及寿命变化，并验证此前与老化相关的假设。Miller说，此前的“体温调节模式假说”表明，变温动物因为需要吸收外部热量调节体温，因此代谢率通常较低，而恒温动物由内部产生热量，代谢率较高，因此变温动物比恒温动物衰老速度慢。就像人们觉得老鼠衰老快，是因为它们新陈代谢率很高，而海龟衰老慢，是因为它们新陈代谢率很低。

然而研究结果显示，变温动物的衰老率远高于或远低于相似体形恒温动物的衰老率，表明动物调节体温的方式并不一定预示其衰老速度或寿命长短。“我们没有发现支持低代谢率意味变温动物衰老慢的证据。这种对应关系只适用于龟，表明龟在变温动物中是独一无二的存在。”Miller说。此前的“保护性表型假说”表明，有物理或化学特征保护，如有甲、棘、壳或毒液的动物，衰老速度较慢、寿命更长。研究小组证明，上述保护性特征确实能够减缓动物衰老，而且相较于没有保护性特征的动物，它们的寿命的确要长得多。“这些不同的保护机制可以降低死亡率。因此，它们更有可能活得久。我们发现龟是保护性表型假说最好的印证。这再次证明，龟这个群体很独特。”论文第一作者、东北伊利诺伊大学生物学助理教授Beth Reinke说。

有趣的是，研究小组在每一个变温动物类群中都观察到至少一个衰老可以忽略不计的物种，比如青蛙和蟾蜍、鳄和龟。“可忽略衰老意味着，如果一个动物在10岁时的死亡概率是1%，那么它在100岁时的死亡概率仍然是1%。相比之下，美国成年女性10岁时的死亡风险约为1/2500，而到80岁时，死亡风险上升至约1/24。”Miller说。“它们根本没有变老，这听起来富有戏剧性，事实就是一旦过了繁殖期，其死亡可能性基本上不会随着年龄增长而改变。”Reinke说。

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https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0151

螨虫正从外部寄生

向内部共生过渡

摘自科学网6月28日报道，近日一项发表于 Molecular Biology and Evolution 的新研究发现，生活在人类毛孔中，夜间在我们脸上交配的微小螨虫正在不断简化，可能很快就会与人类合二为一。

螨虫，这种长约0.3毫米的微小生物几乎存在于每个人的面部、乳头，甚至睫毛等的毛囊中，他们会吃掉毛孔中细胞自然分泌的皮脂。随着毛孔变大，成虫数量会达到峰值。它们在夜间十分活跃，移动在毛囊间，以寻找配偶。首次对毛囊蠕形螨进行的基因组测序发现，它们的孤立存在和由此产生的近亲繁殖现象，致其不必要的基因和细胞丢失，并从外部寄生向内部共生过渡。“我们发现这些螨虫身体部位基因排序与其他类似物种不同，因为它们适应了毛孔内的隐蔽生活。这些DNA的变化导致了螨虫一些不寻常的身体特征和行为。”该研究领导者之一、英国雷丁大学无脊椎动物生物学副教授Alejandra Perotti说。

研究团队对毛囊蠕形螨DNA的深入研究表明，它们是孤立存在，且未暴露于外部威胁，没有竞争，也没有遇到不同基因的螨虫，这导致基因减少，使其变成了腿很小、仅有3个细胞组成的肌肉为其提供动力的极其简单的有机体。它们生存所需的蛋白质很少，是该物种和相关物种中所见的最低量。这种基因减少还导致它们在夜间更活跃。这些螨虫缺乏紫外线防护措施，并且失去了被日光唤醒的基因。它们也无法产生褪黑素，但却能够利用黄昏时人类皮肤分泌的褪黑素为通宵交配补充能量。毛囊蠕形螨独特的基因排序也导致了不同寻常的交配习惯。它们的生殖器官向前移动，在交配时雄性必须将自己固定在雌性下方，紧贴人类毛发进行交配。

此外，研究发现幼年螨虫比成年螨虫细胞更多。这与之前的假设——寄生动物在发育早期会减少细胞数量相反。研究人员认为，这是螨虫成为共生体的第一步。

由于缺乏接触可能为后代添加新基因的潜在配偶的机会，这些螨虫可能会走进进化的“死胡同”，并灭绝。研究人员曾在细胞内的细菌中观察到过这种现象，但在动物中还未曾观察到过。此外，该研究还为螨虫“平反”。此前一些研究人员认为，螨虫没有肛门，一生中的粪便都积累在一起，并在死亡时释放，致使人类皮肤发炎。然而，该研究证实，螨虫有肛门。

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南极唯一本土昆虫

面临灭绝风险

摘自6月29日《中国科学报》报道，南极蠓可能比豌豆还小，却是南极洲最大的只生活在陆地上的动物，也是唯一的本土昆虫。一项近日发表于 Functional Ecology 的研究发现，南极蠓已经进化到可以在极端条件下生存，但气候变暖可能会对其造成威胁。与温带蠓成群生活在水中不同，南极蠓主要生活在南极半岛及附近岛屿的潮湿地带。它们的生活节奏较慢，生命周期达两年，且大部分时间是以幼虫的形态度过的。该研究作者之一、美国肯塔基大学昆虫生理学家Nicholas Teets说，这些棕色的蠕虫状幼虫“虽然外表不出众，但在压力下的生存能力非常出色”。

南极蠓幼虫

图片来源：RICK LEE JR

蠓花了4000万年完善其生存策略。它们能承受严酷的冬季温度。为了防止冰对自身内部组织造成损害，越冬幼虫会失去多达70%的体液。一旦身体“冻结”，幼虫会以一种名为滞育的暂停状态待上大约6个月。在此期间，它们不会吃东西、移动或做其它任何事情。由于气候变化导致南极洲快速变暖，Teets和同事想知道冬季温度的微小变化会对南极蠓产生怎样的影响。

为此，研究小组从南极大陆附近的几个岛屿收集了南极蠓幼虫，并将它们放在3种温度的孵化器中：-5℃（南极寒冷的冬天）、-3℃（典型的冬天）和-1℃（温暖的冬天）。6月早些时候，研究人员报告称，南极蠓幼虫放入孵化器6个月后，他们发现在“温暖的冬天”孵化器中的幼虫存活率较低、移动速度较慢、能量储存量较小。储存的能量耗尽可能会给南极蠓繁殖带来麻烦。这是因为幼虫从滞育状态恢复后，很快就变成了没有功能性口腔的成虫，必须依靠自己的储备能量度过繁殖季节。没有参与这项工作的辛辛那提大学昆虫学家Joshua Benoit说，如果暖冬“‘烧毁’了更多幼虫保护区，那么这些幼虫最终会在某些岛屿上灭绝”。

由于南极洲只有很少物种在陆地上生活，因此即使一个物种消失，也可能会重塑食物链。但是，“可能不全是悲观的”。Teets说，“如果冬天既暖和又短暂，那么南极蠓可以在夏天更早地开始进食，进入生长周期，弥补失去的储备能量。”Teets表示，下一步是监测野外的南极蠓种群，观察它们如何对温度变化作出反应。但他指出，在南极洲的冬季实地考察具有挑战性，所以记录任何变化可能都需要一段时间。

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钙信号调控

植物愈伤组织形成

摘自科学网6月30日报道，植物细胞具有很高的全能性，它赋予植物在活体和离体条件下极强的再生能力。目前基于植物细胞全能性发展起来的植物离体再生体系已被广泛应用于植物生物技术和基因改良中。在经典的植物离体再生体系中，生长素诱导的愈伤组织形成是离体再生的第一步，它一直被认为是植物细胞脱分化获得全能性的过程，也在很大程度上决定了植物的再生能力。最近的研究显示，生长素诱导的愈伤组织形成通过根发育通路实现，在此过程中根干细胞特征基因的激活对于器官的从头再生是必需的。而钙信号是真核生物重要的细胞信号，参与调控了发育和环境响应的多个过程。目前应用于植物离体再生的培养基中均含有较高浓度的钙离子成分。但迄今为止，关于钙信号是否参与愈伤组织形成及植物再生能力的调控尚不明确。

CaM-IQM钙信号复合体调控侧根（左）和愈伤组织（右）形成的模式图

图片来源： PNAS

中科院植物所胡玉欣研究组在鉴定调控植物愈伤组织形成能力的重要因子过程中发现，拟南芥钙调素（CaM）结合蛋白IQM5的一个显性负突变显著抑制了其各个器官的愈伤组织形成能力。研究显示在拟南芥中钙离子信号模块CaM-IQM成员的缺失导致了愈伤组织和侧根形成缺陷。进一步研究发现，钙信号模块CaM-IQM可以与生长素信号的关键抑制因子IAAs以钙离子依赖的方式发生互作，解除IAAs对通路中的生长素响应因子ARF7的抑制作用，从而影响下游控制侧根和愈伤组织形成关键因子的表达来促进侧根和愈伤组织的形成。

该研究不仅发现钙信号复合体CaM-IQM是调控生长素诱导愈伤组织和侧根形成的重要因子，也揭示了一条钙信号和生长素信号互作调控植物再生和发育的分子途径。研究结果对深入理解钙信号在植物再生和发育方面的功能具有启示意义。该研究成果于6月28日在线发表于国际学术刊物 PNAS 上

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编辑 | 石玉帛

审核 | 李增娇

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