自带“暂停键”的神奇小鱼:为了生存,它们的胚胎发育竟能暂停半年

作者: 石云雷、张二七、吴非

来源: 环球科学

发布日期: 2020-02-29

本文介绍了弗氏假鳃鳉的胚胎发育停滞机制、超柔软机械手的设计、人类直立行走的解剖学结构以及火星震的探测研究,展示了科学研究的多样性和深度。

为了一些严酷的环境中生存下来,地球上的一些物种会选择休眠,我们熟悉的水熊虫就是其中一种;而还有一些物种能让生命“暂停”。生活在津巴布韦和莫桑比克的弗氏假鳃鳉(Nothobranchius furzeri)正是这样一个神奇的物种。为了能在长达5~6个月的干旱环境中生存下来,弗氏假鳃鳉的胚胎能进入停滞状态,等到雨水降临后才继续生长。

在一项发表于《科学》的研究中,斯坦福大学的研究人员发现,在干旱环境下,弗氏假鳃鳉的胚胎能停止体内关键的发育过程,如肌肉细胞和神经细胞的生长,进入停滞状态。但此时,胚胎中的多梳蛋白复合体会处于活性状态。这些蛋白能调控和抑制关键发育基因的表达,其中一种CBX7蛋白,能防止肌肉退化和维持滞留状态。最令人惊讶的是,胚胎从停滞状态中复苏后,并不会影响它们后续的生长发育和寿命。

研究人员表示,这一生理机制或许能帮助人类找到战胜衰老以及和衰老相关疾病的线索。提到机械手,你的第一反应一定是那些冷冰冰、硬邦邦的金属制品。最近,美国科学家设计了一款拥有超柔软手指的机械手。为了证明它的抓握有多轻柔,研究者利用这只机械手抓起了一只水母。水母在感到压力时,基因表达会发生变化。

研究者发现,水母被普通机械手抓住时,自我修复基因的表达水平会迅速升高,这也意味着它进入了压力状态;而被这种柔软的机械手抓住时,这种基因的表达水平却很低,也就是说它几乎没有受到影响。研究发表于最新的《当代生物学》期刊,研究者认为这种柔软的机械手能够帮助我们在对深海生物进行检查或取样时,减小对其造成的伤害。包括人类在内,只有少量的动物(例如企鹅和袋鼠)能够直立行走和奔跑。

人类演化出直立行走的能力,虽然带来一些弊病(例如盆骨变窄),但能够帮助早期的人类减少能量消耗、实现大规模的迁徙。人类是如何实现直立行走的?在一项发表于《自然》的研究中,科学家发现一个一直被忽视但十分关键的解剖学结构——脚的横弓(由跖骨和韧带组成的拱形结构),在人类的直立行走中具有重要意义。通过用硅胶制造的横弓模型,他们发现当横弓的弯曲程度越大时,其刚度越高。

为了明确横弓的作用,研究人员切除了死者脚掌的韧带与皮肤,发现整个脚掌超过40%的刚度来自横弓与趾骨周围组织。而人脚的这种特性,能帮助人在奔跑时承受超过2倍的人体重量。结合对化石的分析,科学家表示早在人属(Homo)出现之前150万年,人类祖先的脚掌就演化出了这种横弓结构。这一结果也显示,直立行走在现在人类的演化中具有关键的作用。而这项研究或能帮助科学家开发出更好的假肢,或制造出更好的直立机器人。

2018年11月,NASA打造的“洞察”号火星探测器在火星表面软着陆。与我们熟悉的“好奇”号、“勇气”号等火星探测器不同,“洞察”号是首个用于探测火星内部结构的探测器。而它的主要监测对象,就是火星震(相当于火星上的“地震”)。在近日的《自然·地球科学》期刊中,NASA研究团队利用“洞察”号的探测结果,发布了首篇火星震活动报告。

在235个火星日中,“洞察”号共监测到174次火星震事件,其中150次为高频火星震,由于距离较远、震级不高,科学家对于这类震动的认识仍有限;其余24次为低频火星震,分析显示这些火星震源自板块构造运动,尚未发现撞击产生的震动。动图展示的,是在第235个火星观测日出现的3.6级火星震信号,这也是该研究中震级最高的火星震之一。

可以看出,与地震波相似,火星震波中,P波(纵波)率先出现,S波(横波)随后到达。相比于地震波,火星震波的尾波较长,反映出火星壳层的散射作用;此外,火星震波缺乏表面波。这些火星震数据将帮助研究人员更好地理解火星的内部构造。

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