复活灭绝生物不再是梦想
摘自7月16日《科技日报》报道，提起冰川时代，许多人脑海中会浮现出猛犸象身披长毛、踏步而来的图画。在距今大约480万至1万年前的时期，猛犸象是最具代表性的生物之一。但随着气候变暖，加上生长速度缓慢、没有足够食物以及人类和猛兽追杀等因素，猛犸象数量开始迅速减少，幼象成活率极低，最终绝灭。猛犸象以自己整个种群的灭亡，宣告了一个冰川时代的结束。现在，一个国际研究小组成功重构了一头生活在5.2万年前的猛犸象基因组和三维染色体结构，这是首次利用古代DNA样本开展此类研究。该研究揭示了猛犸象基因组在细胞内的组织方式，以及特定基因在皮肤组织中的表达情况。相关成果登上新一期Cell杂志封面。大多数古DNA标本，都是由非常小且“乱七八糟”的DNA片段组成。美国贝勒医学院基因组结构中心主任艾里兹·利伯曼·艾登认为，在绘制人类基因组三维结构的基础上，如果能找到正确的古DNA样本，即三维结构仍然完好的样本，就有可能使用同样的策略组装古代基因组。研究团队在大约5年的时间里测试了数十个样本，但进展依然缓慢。直到2018年，俄罗斯西伯利亚东北部出土了一头保存异常完好的猛犸象。这头猛犸象在死后不久就被“冻干”了。由于脱水样品中的细胞核结构可以长时间保持，这种条件使DNA以类似玻璃的状态被保存下来，避免了以往古DNA样本的降解问题，也让今天的人们能够看到前所未有的结构细节。这项研究中使用的方法，其实取决于保存异常完好的化石——该化石所保留的古代染色体结构，已精确到了纳米级！但研究团队乐观地认为，这一方法也可用来研究其他古代DNA标本，从猛犸象到埃及木乃伊，也包括博物馆标本。染色体化石无疑成为研究地球生命史的有力新工具。这是因为典型的古代DNA片段很少超过100个碱基对，或遗传密码的100个“字母”——这远远小于生物体的完整DNA序列（通常有数十亿个“字母”长度）。相比之下，染色体化石则可以跨越数亿个遗传“字母”。“染色体化石改变了游戏规则”，美国贝勒医学院基因组结构中心分子和人类遗传学助教奥尔伽·杜德琴科表示，因为“通过将古代DNA分子与现代物种的DNA序列进行比较，有可能发现遗传密码中单个‘字母’发生变化的情况”。换句话说，通过了解生物体染色体的形状，科学家可以组装出灭绝生物的整个DNA序列，实现以前不可能实现的想法。但就目前而言，复活猛犸象，还只是一个开端。
生物最后的共同祖先生活在42亿年前
摘自7月15日《中国科学报》报道，所有生物共有的最后一个祖先是一种生活在42亿年前的微生物，其基因组相当庞大，编码约2600种蛋白质，以氢气和二氧化碳为食，并拥有一个抵御病毒入侵的基本免疫系统。这是发表于Nature Ecology & Evolution的一项新研究的结论。该研究比较了700种不同现代微生物的基因组，以寻找共性，从而确定哪些特征是首先出现的。尽管该研究没有揭示生命是如何开始的，但它表明，在地球形成后的几亿年里，一种与现代微生物相似的复杂细胞生物进化了出来。这并不是科学家第一次试图勾勒出所有物种在分化之前的最后一个共同祖先（LUCA）的身份。例如，2016年，由德国杜塞尔多夫大学的进化生物学家William Martin领导的研究比较了已知的微生物基因组，提供了迄今为止最令人信服的遗传证据，表明LUCA可能是一种厌氧菌，生长在当今大多数细胞所需的缺氧环境中。Martin的基因分析还发现了证据，表明它是一种以氢气为食的嗜热微生物，可能生活在海底火山口附近。Martin团队在2016年的研究中没有试图给出LUCA 的日期，但其他研究将LUCA 的存在时间定在38亿年前。对于新的LUCA研究，英国布里斯托尔大学的基因组学专家Edmund Moody开发了一种方法，旨在更精确预测LUCA存在的时间。一种常见的方法依赖于微生物物种中不同但已知的基因突变率，以及它们之间基因转移的速度，从而创造一种分子钟。通过构建家谱，找出哪些生物可能是从其他生物进化而来的，并追踪保守基因的遗传变化，研究人员可以大致估计出两个相邻分支的分化时间，从而确定它们共同祖先的年龄。Moody和同事进一步研究了在多种细菌和古细菌中发现的5组“平行”或重复的基因，表明这种加倍发生在LUCA分裂成这些后代之前。Moody说，追踪一个突变是发生在这些基因的两个拷贝上，还是只发生在一个拷贝上，可以更容易地确定它们复制的时间，从而确定LUCA的年龄。他们的分析表明，LUCA生活在大约42亿年前。没有参与这项研究的美国卡尔顿学院的进化微生物学家Rika Anderson说：“这可能比其他估计要早一点，但并不多。”Moody的研究小组追踪了350种细菌和350种古细菌的57个“标记”基因，以构建一棵生命之树。同时，英国研究小组的分析表明，LUCA以二氧化碳和氢气为燃料。但他们也发现了证据，表明LUCA有一种基因可以保护它免受紫外线的伤害，这表明这种微生物可能生活在地表水中，在那里它可以从大气中捕获二氧化碳和氢气，而不是生活在深海火山口。尽管如此，像Martin一样，他们发现了一种被称为逆转录酶的酶的特征，这种酶通常存在于嗜热菌中，他们承认这意味着LUCA也可能在这些喷口周围繁殖。
狗能读懂人类情绪
摘自科学网7月18日报道，狗能感受到人类的痛苦可能是天生的。一项社区科学研究表明，这是几个世纪以来狗与人类共同进化的结果。该研究比较了狗和宠物猪对人类哭泣和哼哼声的反应，研究结果近日发表于Animal Behaviour。人类会在生活中关注动物的感受，而这种关注似乎也是相互的。研究人员发现，相比于人类的笑声，马更愿意停下来倾听人类的咆哮声。此外，家猪对人类发出声音的反应比野猪更强烈。但是，动物是否只对奇怪的人类声音做出反应，还是能够进行真正的情绪感染？此类研究目前还很少。情绪感染是解释和反映人们情绪状态的能力。大多数动物只能准确感受其同类的情绪，但研究表明，狗还可以感受到周围人类的情绪。一个问题是，这种情绪感染是源于所有家养动物都能理解的“普遍的情绪声音信号”，还是只存在于狗等伴侣动物身上？为了验证这一点，研究人员比较了狗和宠物猪对人类声音产生的压力反应。与狗不同的是，猪在与人类相处的大部分历史中都是作为牲畜饲养的。因此，如果情绪感染可以通过接近人类来实现，那么宠物猪作出的反应应该与狗相似。该团队招募了世界各地的狗或猪的主人，让他们在房间里拍摄自己和宠物的视频，同时播放录制的哭声或哼哼声。然后，研究人员统计了在实验中表现出的压力行为的数量，比如狗的呜咽和打哈欠，猪的快速拍打耳朵。正如预期的那样，狗非常擅长捕捉我们声音中的情感内容。”研究合著者、匈牙利布达佩斯大学的动物行为研究员Paula Pérez-Fraga说。狗在听到人类哭声时会感到紧张，但对哼哼声基本无动于衷。然而，尽管猪在听到哭声时确实会感到一些压力，但它们的行为表明，在听到哼哼声时，它们产生压力会更多。研究结果表明，与牲畜相比，伴侣动物可能对人类有更强的情感感染力，但这还需要展开更多的研究。
平均每棵树干中都有超过1万亿个微生物
摘自7月21日《中国科学报》报道，木材看起来贫瘠，但它却是各种生命的家园。一项迄今为止最全面的调查发现，平均每棵树干内生活着超过1万亿个真菌、细菌和其他微生物，它们组成了针对各种树种的独特群落。近日，该研究已在预印本平台bioRxiv上发布。微生物是植物生命的重要组成部分。例如，土壤中的真菌可以帮助植物根系获得水分和养分；叶子上的有益菌和真菌可以防止有害菌或细菌的感染。但人们对生活在健康木材中的微生物知之甚少，而健康木材构成了巨大的生物量。据估计，地球上10万亿棵树含有4500亿吨碳，这使动物体内的20亿吨碳相形见绌。在这项新研究中，美国耶鲁大学博士生Jonathan Gewirtzman与该校另一位专门研究分子生物学的博士生Wyatt Arnold合作，一同前往康涅狄格州的一片研究林，研究了15种常见树种，包括橡树、枫树和松树。他们从158棵树的树干上取下比铅笔还细的木芯，提取木材样本，又从每棵树周围采集了土壤样本。在从木材和土壤中提取DNA后，他们将遗传物质送到实验室，对关键标记基因16s和ITS进行测序。Arnold将这些数据与已知微生物的序列进行了比对。为了粗略估计一棵典型树木内原核微生物的数量，他们从树干中1克木材的丰度开始，将其乘以一棵5吨重的树的重量，最终得出1万亿个原核生物——不包括真菌，真菌是真核生物，其丰度无法从遗传数据中可靠地计算出来。这听起来可能很多，但人类消化道含有的原核细胞大约是树干的38倍。
第七位艾滋病治愈者出现近6年未复发
摘科学网自7月29日报道，全球第七位艾滋病“治愈”者出现了。在近日于德国慕尼黑举行的第25届国际艾滋病大会上，研究人员报道了一位60岁的德国男子，在接受干细胞移植后的近6年随访中，未再检测出艾滋病病毒（HIV）。
该男子是第二位移植了对病毒没有抗性的干细胞的人。第一位则是著名的“柏林病人”——全球第一例被治愈的艾滋病人Timothy Ray Brown。Brown因身患白血病而接受骨髓移植后未再出现艾滋病病症。他接受了特殊的供体干细胞移植，后者携带了编码CCR5受体的基因突变，而大多数HIV毒株都通过CCR5入侵免疫细胞。因此，在许多科学家看来，CCR5是治愈艾滋病的最佳靶点。而与Brown不同的是，此次报道的这位60岁的德国男子，也称“下一位柏林病人”，从一位只有一个突变基因拷贝的捐赠者那里获得了干细胞，这意味着他们的细胞确实能够表达CCR5，但低于正常水平。
据悉，之前尝试从具有正常CCR5基因捐赠者处移植干细胞治疗艾滋病的事例中，除一人外，其他人在停止服用抗逆转录病毒药物的几周到几个月后，体内均再次检测出HIV。研究人员一直试图弄清楚为什么只有这两例移植治疗成功了，而其他的都失败了。对此，研究人员提出了机制猜想：抗逆转录病毒治疗使体内的病毒数量大幅下降，而干细胞移植前的化疗会杀死宿主的许多免疫细胞，使病毒失去潜伏的地方。与此同时，移植的供体细胞可能会将剩余的宿主细胞标记为外来细胞，并将它们与藏匿其中的病毒一起消灭。因此，捐赠者的骨髓干细胞快速并完全地替换了艾滋病患者的骨髓干细胞，这可能有助于迅速根除病毒。
可能引发下一次大流行的病原体清单发布
摘自8月5日《中国科学报》报道，根据世卫组织（WHO）近日发布的最新名单，可能引发下一次大流行的病原体数量已经增加到30多种，包括甲型流感病毒、登革热病毒和猴痘病毒等。据Nature报道，科学家认为这份“重点病原体”清单将帮助各组织决定在开发治疗方法、疫苗和诊断方法时把重点放在哪里。登上这份清单的病原体可能造成全球公共卫生紧急情况。证据表明，这些病原体具有高度传染性和毒性，人们获得疫苗和治疗的机会有限。WHO在2017年和2018年共确定了大约12种重点病原体。编写该报告的WHO流行病研发蓝图团队负责人Ana Maria Henao Restrepo表示，优先排序过程有助于确定急需解决的关键知识差距并确保资源得到有效利用。最新的研究发现了整个病毒和细菌家族中的危险病原体，扩大了研究范围。200多名科学家花了大约两年时间评估了1652种病原体，其中大多数是病毒，还有一些细菌。在30多种重点病原体中，有一组病毒名为沙贝冠状病毒，其中包括导致全球新冠大流行的新型冠状病毒和导致中东呼吸综合征的梅贝冠状病毒。之前的清单包括引起严重急性呼吸综合征（SARS）和中东呼吸综合征的特定病毒，但不包括它们所在的整个亚属。清单上的新成员还有猴痘病毒。该病毒在2022年引发了全球猴痘疫情，并持续在中非部分地区传播，因此被认为是重点病原体。猴痘病毒的“亲戚”天花病毒也在清单上。尽管天花病毒在1980年已被根除，但由于人们不再定期接种疫苗，因此无法对其产生免疫力，天花病毒的意外释放可能导致大流行。这份清单上有包括H5亚型在内的6种甲型流感病毒。H5亚型已经在美国的牛群中暴发，新增加的5种是能够引起霍乱、鼠疫、痢疾、腹泻和肺炎的菌株。清单还增加了两种啮齿动物病毒。
