一国际研究团队在地球科学领域取得了重要发现，相关研究成果发表在《自然通讯》杂志上。该研究介绍了一种新方法，利用延续了近12亿年的白云岩岩石中的U和Pb测量来重建古代海洋环境中氧气的上升过程。 科研人员通常根据保存在古代沉积岩中的“氧化还原敏感”元素的组成来估计古代海洋中的氧气水平。然而，这些组成在地质历史过程中很容易被改变。该团队通过开发一种新方法克服了这一挑战，即利用白云岩的U-Pb测年法来检测对这种改变具有抵抗力的氧化信号。 该研究表明，在晚古生代时期，海洋氧化程度急剧增加，这发生在第一个动物出现数亿年后。这与其他证据表明在同一时期海洋氧化的假设相吻合，支持了动物是在大多数缺氧的海洋中进化的假设，并暗示海洋氧气的变化是由进化驱动的。 查看详细>>

海洋由各种洋流和水团组成，这些洋流通过所谓的温盐环流在世界各地流动，这种环流驱动着整个世界海洋的热量、盐度和营养物质的分布。该环流的大西洋段被称为大西洋经向翻转环流（AMOC）。AMOC将热带地区的热量向北散发，确保热带地区不会过热，以免造成气候失衡。AMOC与其他海洋系统一样，每年、数十年和数百年都会发生变化。科学家对这些海洋系统进行较长时间的研究，以了解其运动规律，并预测未来变化和影响。 2023年7月，两位丹麦学者发表了一篇论文，指出AMOC正在衰退，很可能在本世纪中叶关闭。这将带来严重后果：海平面上升、全球升温、海洋生态系统发生变化、粮食安全严重受损。它还可能严重影响南非和纳米比亚西缘的上升流海洋生态系统，而该系统是大西洋最富饶的上升流系统。在作者的设想中，欧洲可能会大规模降温约5~10℃，热带地区可能会变得过热，全球某些地区将经历严重的干旱和洪水，海洋将变得更加酸性。这篇论文在科学界引起了争议。该研究表明，AMOC几百万年来并非海洋的稳定特征，它对气候变化很敏感。但科学家普遍认为，AMOC的关闭不会像文章中所说的那样突然；相反，在未来几个世纪中，它将更加渐进。 大西洋并不是海洋温盐环流中唯一发生变化的部分。在南印度洋，由于从太平洋到印度洋的热量和淡水分布发生变化，阿古哈斯洋流也在减弱。而在美洲以西的太平洋，厄尔尼诺现象（即特定海洋的变暖）正在加剧。上述研究发现主要基于海面温度，论文没有考虑其他因素，例如大气中二氧化碳（CO?）的含量（以及海洋的吸收量），再加上温度的变化，将是导致AMOC关闭的临界点，或者北大西洋源区深水生成的状态（特定密度、盐度和温度的水）对AMOC的运作有多大影响。 虽然AMOC正在减弱，但在本世纪完全关闭的可能性很低。还必须指出的是，洋流和环流会随着时间的推移而变化。在人类历史之前的地质年代，AMOC一直在增强和减弱，特别是在寒冷或温暖时期。例如，沿南非西缘进行的研究发现，南大西洋的AMOC对全球气候周期的变化非常敏感。以前的研究还表明，在数千年前的末次冰川极盛时期，AMOC曾经减弱或关闭过。当时的情况与我们今天所经历的不同。在那个时期，气候更加寒冷，冰盖处于最大位置，尽管之后的变暖阶段导致了冰盖的退缩。 大量证据表明，在不同环境因素的驱动下，随着洋流的长期波动，AMOC将继续减弱。但科学家们还不认为在未来几年或几十年内，该系统会完全关闭。不过，也不能完全否定这篇引起如此大争议的论文。首先，在这个非常重要的话题上，它是一个很好的对话开端。它还提供了AMOC可能在2025~2095年之间关闭的时间表。虽然大家一致认为这并不准确，但这是一个有用的起点，其他科学家可以从这个起点出发，提出进一步研究的方案和模型。这样，我们对AMOC系统的集体认识就会加深，从而对政策决策产生影响。 查看详细>>

只有小指甲盖大小的枝手水母（Cladonema）能在两到三天内再生出断掉的触手，但它是如何再生的呢？包括蝾螈和昆虫在内的各种物种的功能性组织再生都依赖于形成胚芽的能力，胚芽是一簇未分化的细胞，可以修复损伤并长成缺失的附属器官。水母以及珊瑚和海葵等其他刺胞动物具有很强的再生能力，但直到现在，它们如何形成关键的囊膜仍是一个谜。日本的一个研究小组发现，类似干细胞的增殖细胞一直在积极生长和分裂，但尚未分化成特定类型的细胞，就是这种细胞出现在受伤部位，并帮助形成囊膜。研究结果发表在《PLOS Biology》上。 研究人员指出，囊泡中的这些干样增殖细胞不同于触手中的常住干细胞。修复特异性增殖细胞主要贡献于新形成的触手上皮——薄外层。根据研究者的说法，存在于触手内和触手附近的常驻干细胞负责在平衡和再生过程中生成所有细胞系，这意味着它们可以维持和修复水母一生中所需的任何细胞。特异性修复增殖细胞只有在受伤时才会出现。 作者表示，常驻干细胞和修复特异性增殖细胞共同作用，使功能性触手在几天内迅速再生。这一发现有助于研究人员了解不同动物群体的囊泡形成有何不同。在这项研究中，研究者的目的是利用枝手水母（Cladonema）的触手作为非两栖动物（或在胚胎发育过程中不形成两侧或左右两侧的动物）的再生模型，研究囊泡形成的机制。 例如，蝾螈是能够再生四肢的两栖动物。它们的肢体含有仅限于特定细胞类型需求的干细胞，这一过程似乎与水母中观察到的修复特异性增殖细胞类似。鉴于修复特异性增殖细胞类似于两栖类蝾螈四肢中的受限干细胞，我们可以推测，由修复特异性增殖细胞形成的囊泡是动物进化过程中复杂器官和附肢再生独立获得的共同特征。 不过，在囊泡中观察到的修复特异性增殖细胞的来源仍不清楚，研究人员说，目前可用来研究其来源的工具太有限，无法阐明这些细胞的来源或识别其他不同的干样细胞。必须引入遗传工具，以便追踪特定细胞系并在枝手水母中进行操作。最终，了解包括水母在内的再生动物的胚泡形成机制，可能会帮助我们确定能提高自身再生能力的细胞和分子成分。   查看详细>>

丰年虾（Artemia）是一种小型甲壳动物，可以在钠浓度高达25%的环境中茁壮成长（超过典型海洋海水的八倍以上）。它们在内陆盐湖中非常丰富，盐蝇幼虫是已知的唯一其他生物。 这种虫能够忍受一些最恶劣环境的机制尚不清楚。先前已知的适应性特征包括一层紧密的保护层（外皮），以避免水分流失，并通过幼虫颈部或成体游泳附肢中的专门的盐腺大量排出钠（Na+）和氯（Cl-）离子。 盐腺内层是一种离子传递组织，在这种组织中，大多数离子的传递是由钠-钾ATP酶（NKA）提供动力的，这是所有动物中都存在的一种必不可少的蛋白泵，由α（α）和β（β）亚基组成。大多数已知的NKA变体在交换两个钾（K+）离子的同时将三个钠（Na+）离子排出细胞。然后，NKA建立的Na+梯度由细胞膜中的其他蛋白用于运输其他物质。一种丰年虾NKAα亚单位变体在盐度升高时大幅增加。在盐度达到甚至盐蝇幼虫无法生存的水平时，这种上调是极端的。 为了更好地了解这种变体为丰年虾在极端盐度中生存的能力提供的优势，德克萨斯大学的研究团队研究了盐度引起的倾覆的影响以及上调的NKA变体的结构和功能。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。 在进行结构-功能研究之前，研究人员发现丰年虾有三个α变体（而不是先前已知的两个）和两个β变体（而不是一个）。α亚单位包含NKA功能所需的大多数蛋白组分，而β对于NKA达到负责适当功能的负离子膜的负载是必需的。上调的NKA亚单位被称为α2KK，因为它有两个氨基酸替代，其中赖氨酸（由单字母代码K表示的带电氨基酸）替代了钠和钾离子在运输过程中结合的区域中的天冬酰胺。 研究团队能够解析α2KK的结构，揭示了两个NKA-alpha2KK赖氨酸的排列方式，这使它们能够改变每个循环中泵传输的Na+和K+离子的数量。然后，他们表明含有双赖氨酸的NKA行为类似于α2KK，然后证明这些含有赖氨酸的NKA变体的传输具有不同的化学计量法：每个循环的Na+对应于2个K+，而不是Na+对应于2个K+。 这种独特的化学计量法意味着这种特殊的NKA变体与常规NKAs相比，使用的能量更多，用于传输Na+和K+。研究人员表示，理解其重要性的一种方式是将梯度视为高度，将钠离子视为需要提升到该高度的砖块。 你可能能够一次从地板上提起三块砖，但可能只能将它们提起几英寸。如果需要将它们从地板提高六英尺，一种解决方案可能是将单个砖块分三次提起。另一个类比可能是在上坡时需要降低汽车的齿轮，以速度换取功率，并使用更多的汽油来移动。 换句话说，当动物生活在极端盐度时，参数变化的速率超过某个临界值，系统可能会在相对较短的时间内以大规模灭绝的方式崩溃。 查看详细>>