科学家发现
约4.5亿年前的海洋“明星动物”
摘自科学网5月16日报道，板足鲎是生存于古生代的一类重要节肢动物，是现代蛛形纲的近亲。因其形似蝎子，故俗称为海蝎。近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士生王晗，在研究员张海春和王博指导下，与研究员张元动课题组等合作，报道了来自浙江奥陶纪末安吉生物群的一个板足鲎新属新种——安吉古鲎(Archopterus anjiensisgen. et sp. nov.)。研究揭示了早期板足鲎的鲜为人知的形态和结构特征。相关研究成果发表于美国学术期刊Journal of Paleontology上。
安吉古鲎Archopterus anjiensis复原图
杨定华绘
板足鲎自奥陶纪诞生，至二叠纪灭绝，以其独特的外形而备受关注。同时，它也见证了古生代多次重大生物演化事件，生存于多种生态环境，在海洋、淡水、陆地均占有一席之地，具有极高的生态多样性，是我们了解研究古生代生态环境变迁及陆地生态系统形成的重要化石类群。板足鲎的多样性在志留纪达到巅峰，是彼时海洋中的肉食性“明星动物”。然而，其演化早期的奥陶纪板足鲎化石非常罕见，在目前报道的全球250余种板足鲎中，仅有12种来自奥陶纪。因此，我们对板足鲎早期演化历史以及生态环境的认识十分有限。
此次发现的安吉古鲎以抛物线型头部、花瓶状口后板及三段式简单结构生殖附属器等为主要鉴定特征，完整身体的长度约15厘米。它的发现不仅代表了中国已知最古老的板足鲎，也为世界罕见的早期板足鲎化石研究提供了关键性形态及生态学信息，扩展了我们对这类动物形态多样性和时空分布的认识。
安吉古鲎还与大量海绵化石保存在同一层位，表明早期板足鲎比奥陶纪之后的板足鲎类群生活在水位更深的环境中。此外，这一化石记录也将安德鲁普鲎科的最早记录提前了1000万年，使该科成为了生存年代最长的和生态多样性最高的板足鲎类群。
破解葡萄驯化的百年谜题
摘自5月18日《科技日报》报道，作为世界四大水果之一、全球综合产值最大的经济作物之一，葡萄具有重要的经济、社会和文化价值。但鲜食葡萄和酿酒葡萄从哪里起源？经过多久才被人工驯化……这些问题一直困扰着科学界。近期，年轻的中国科学家董扬等联合“一带一路”沿线为主的17个国家的79位科学家，把葡萄的栽培史提到了11000年以前，解决了学术界对葡萄起源长达百余年的争议，构建了几乎覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图，提供了葡萄定向育种和设计育种新技术路径。
研究成果登上《科学》封面。
受访者供图
2023年3月3日，79名科学家的合作，终于开花结果，并登上了Science封面。累累硕果下，最醒目的两个词是“驯化”“葡萄”，正文标题为《葡萄演化中的双重驯化及其性状起源》。进入分子生物学时代，分类学界判断物种的关联及演化历史，不再仅凭外表，而是按照基因组的相似性来分类——相似的都是一个来源，然后通过DNA序列变异规律推算“分子钟”，可准确反映物种分化的时间。通过复杂的测序分析，董扬他们发现，11000年前，由于气候变化，野生葡萄自然分化成东西方两个群体，古人在相距1000公里的近东地中海东岸与南高加索，几乎同步驯化和改良了葡萄品种。随着人口迁移和贸易往来，葡萄也被传播到全世界。“驯化伴随着很强的目的性。持续的选择，野生种和栽培种彻底分开，形成了如今的葡萄品种格局。”陈伟说，人类最早驯化的作物是小麦，大约在15000年。但人类最早驯化的水果是什么，此前并不清楚。新的研究证明，葡萄就是人类最早驯化的水果。
研究中，产生的数据超过40TB，需要的存储空间、算力也是个大问题，新冠疫情的影响此时也更加凸显。年轻的团队基于此前的工作，想尽办法创新算法，调整把控参数，创造性地形成了一套运算和数据分析处理的方法，成功构建了目前全球最大的葡萄遗传资源数据库。“似乎所有可能的问题都遇到了，但也都解决了，这就是科研的魅力——不断出现问题、不断解决问题，人生也是这样。”董扬一副“过尽千帆皆不是”的神态。解疑中，他们还提出诸多新观点。此前，大多数葡萄学观点认为，欧洲酿酒葡萄起源于当地的野生种，新构建的高质量参考基因组证明，事实并非如此。这改变了葡萄学的基础信息：起源问题是核心，驯化模式是了解葡萄遗传资源形成的关键。对所有疑问的清晰阐述，有划时代意义。
有评论指出，新提出的“葡萄双起源中心”模式，纠正了科学界以前的单起源中心理论，证明酿酒葡萄和鲜食葡萄在不同区域同时起源，而且起源初期遗传背景具有显著差异，形成了葡萄起源和迁徙的一致观点，改写了葡萄研究的教科书。Science配发的评论则认为，支撑人类文明崛起的植物驯化，越来越被认为是文化景观中复杂的相互作用。董扬等人通过报道葡萄驯化事件，揭示了食物来源更多的复杂性。
科学家发现一种新型细胞器
摘自5月8日《中国科学报》报道，磷酸盐对生命至关重要。现在，研究人员在动物细胞内发现了一种微小结构，就像磷酸盐储存库，有助于调节细胞内的营养水平，并在营养短缺时触发维持组织生存的过程。研究人员将这种结构归类为一种新型细胞器，后者是细胞中的基本结构，如细胞核、线粒体和细胞膜，它们起着微型器官的作用。5月3日，相关研究发表于Nature。
果蝇肠细胞中新发现的3个细胞器，似乎是对生命至关重要的磷酸盐储存库。
图片来源：Chiwei Xu et al./Nature
“这是首次在动物细胞中发现磷酸盐储存结构。”未参与这项研究的法国国家科学研究中心结构生物学家Rebekka Wild说。在植物、细菌和酵母中，磷酸盐对细胞生长很重要，有助于细胞交流和能量产生。尽管已知磷酸盐在动物组织和细胞中必不可少，但很少有研究探索它的具体功能。美国洛克菲勒大学遗传学家Charles Xu很好奇磷酸盐在调节果蝇肠道组织更新中发挥了什么作用。果蝇肠道组织是研究疾病如何影响人类肠道细胞的有用模型。
Xu和同事给果蝇喂食磷甲酸（PFA），它可以抑制细胞对磷的吸收。当对来自果蝇肠道内壁的细胞进行染色和成像时，他们注意到缺乏磷酸盐导致细胞数量激增。当Xu和同事给果蝇喂食比标准水平少10%的磷酸盐食物时，这种快速的细胞增殖也发生了，表明磷酸盐确实对细胞数量有影响。为了解磷酸盐是如何产生这种影响的，Xu和团队研究了低磷酸盐水平是否会影响基因表达。一种被他们称为PXo的基因与哺乳动物编码磷酸感应蛋白的基因类似。Xu和同事发现，当细胞缺乏磷酸盐时，PXo的表达较弱。这种基因表达的减少使细胞过度分裂。然而，当研究人员调整基因以过度表达PXo蛋白时，细胞分裂速度减慢。
研究人员用荧光标记了PXo蛋白，并注意到它与细胞中的一系列椭圆形结构有关，这些结构似乎与任何已知的细胞器都不相关。研究人员仔细观察这些神秘结构，发现它们有几个膜层，PXo蛋白在膜层间传输磷酸盐。一旦进入不熟悉的细胞器，磷酸盐就转化为磷脂，后者是细胞膜的主要组成部分。
Xu表示，当果蝇细胞缺乏磷酸盐时，细胞器分裂并将储存的磷脂释放到每个细胞中，这表明它们的功能就像储存库。这种分解激活了一种叫作Cka的细胞机制，触发了一种压力信号，增加了新细胞的产生。这可能是肠道内壁保持磷酸盐水平稳定的一种方法，因为细胞数量增多可以吸收更多营养。“这对生物体再生更多健康的细胞是有益的。”他说。Wild说，这些发现为探索包括人类在内的其他动物是否存在类似的磷酸盐储存细胞器奠定了基础。她补充说，深入研究PXo蛋白的结构，揭示它如何将磷酸盐转运到细胞器中，可能会很有用。Xu说，下一步将研究这些储存磷酸盐的细胞器如何与其他细胞器相互作用，以及它们的动力学如何随时间而变化。“这为研究其他许多问题打开了大门。”他说。
