干细胞和神经在组织再生和癌症进展中相互作用

干细胞可以产生各种特定的组织,并且越来越多地用于临床应用,例如骨或软骨的置换。然而,干细胞也存在于癌组织中,并参与癌症的进展和转移。神经是调节涉及干细胞的生理和再生过程的基础。然而,关于再生组织和癌症中干细胞与神经元之间相互作用的了解甚少。

比较组织再生中的干细胞类型

苏黎世大学口腔生物学研究所教授Thimios Mitsiadis领导的一组研究人员现已发表了两项研究,阐明了干细胞如何促进神经元在组织再生和癌症进展中的生长。第一项研究比较了神经元与两种不同的人类干细胞群体(即牙髓干细胞和骨髓干细胞)的相互作用。两者都可以分化为各种细胞类型,例如骨骼,软骨和脂肪细胞。人骨髓干细胞是从骨骼中分离出来的,是骨再生方法的金标准。拔牙是牙髓干细胞的来源,是有前途的替代方法。

牙科干细胞高度神经支配

研究人员使用“芯片上的器官”技术,该技术依靠模仿人体器官和组织基本功能的小型三维设备,研究人员证明了这两种类型的干细胞都能促进神经元的生长。然而,牙髓干细胞比骨髓干细胞产生更好的结果:它们诱导更多的神经元伸长,形成密集的神经元网络并与神经建立紧密接触。

Mitsiadis说:“牙齿干细胞产生特定的分子,这些分子对于神经元的生长和吸引至关重要。因此,干细胞具有丰富的神经支配能力。” 这种扩展网络的形成和众多接触的建立表明,牙科干细胞与面部神经建立了功能连接。“因此,这些细胞可能代表功能性的,适当支配的面部组织再生的有吸引力的选择,”合著者和初级小组负责人Pierfrancesco Pagella补充说。

癌症干细胞也募集神经元

在第二项研究中,研究人员检查了神经与成釉细胞瘤(一种侵略性口腔肿瘤)中发现的癌症干细胞之间的相互作用。他们首先证明成釉细胞瘤具有干细胞特性,并受面部神经元支配。当成纤维细胞瘤细胞被分离并置于“芯片上的器官”装置中时,它们不仅保留了干细胞的特性,还吸引了神经并与它们建立了联系。

Pagella解释说:“似乎神经对于癌症干细胞的存活和功能至关重要。” Mitsiadis补充说:“这些结果为使用改变神经元与癌症干细胞之间的通讯的药物提供了治疗癌症的新可能性。我们希望这为通往有效的抗癌疗法开辟了无法预料的道路。” “先进的分子和成像工具与“片上器官”技术的结合提供了令人兴奋的机会,可以揭示神经元的隐藏功能及其在健康和病理状况下与各种干细胞类型的相互作用。”

乌贼如何在黑暗中交流

在太平洋海面以下1500英尺的寒冷水域中,成百上千只人类大小的洪堡乌贼以手指长的灯笼鱼为食。掠食者彼此掠过,以极高的精度移动,从不碰撞也不争夺猎物。

他们如何在近海暮光区的黑暗中建立这样的秩序?

斯坦福大学和蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的研究人员认为,答案可能是视觉交流。就像电子书阅读器上的发光字一样,这些研究人员认为,鱿鱼的微妙发光能力-利用肌肉中产生光的器官-可以产生背光,以改变皮肤上的色素沉着模式。这些生物可能正在使用这些变化的模式相互发信号。

该研究于3月23日发表在《美国国家科学院院刊》上。

该校生物学研究生本杰明·伯福德说:“许多鱿鱼生活在相当浅的水中,并且没有这些发光器官,因此这可能是能够栖息在大洋中的一项重要的进化创新。”斯坦福大学人文与科学系主任,该论文的主要作者。“也许他们需要这种发光和显示这些色素沉着模式的能力,以促进群体行为,以便在那里生存。”

看到深海

在囚禁中几乎不可能研究洪堡乌贼的行为,因此研究人员必须在他们居住的地方与他们见面。对于这项研究,该论文的高级作者MBARI的布鲁斯·罗宾森(Bruce Robison)使用遥控飞行器(ROV)或无人机器人潜水艇拍摄了加州沿海洪堡鱿鱼的镜头。

ROV可以记录鱿鱼的皮肤图案,而相机所需的光太亮,无法记录其微弱的辉光,因此研究人员无法直接检验其背光假设。相反,他们在对捕获的鱿鱼的解剖学研究中找到了支持的证据。

研究人员使用ROV素材,分析了各个乌贼在进食和不进食时的行为。他们还关注这些行为如何根据附近其他鱿鱼的数量而改变-毕竟,人们在与朋友交谈时,或者在与大量听众交谈时,交流方式会有所不同。

录像证实,鱿鱼的色素沉着模式似乎确实与特定环境有关。一些模式已经足够详细地暗示了鱿鱼可能正在传达精确的信息,例如“那边的鱼是我的”。还有证据表明,鱿鱼的行为可以分解为不同的单元,鱿鱼会重组形成不同的信息,例如字母表中的字母。尽管如此,研究人员仍然强调,断定鱿鱼交流是否构成了类人语言还为时过早。

斯坦福大学霍普金斯海洋站丹尼实验室的附属成员伯福德说:“现在,正如我们所说的,在深海中可能有鱿鱼互相发出信号。” “还有谁知道他们在说什么样的信息以及他们根据这些信息做出的决定呢?”

尽管这些鱿鱼在昏暗的光线下可以看得很清楚,但它们的视线可能并不是特别清晰,因此研究人员推测,发光器官通过增强皮肤图案的对比度,有助于促进鱿鱼的视觉交流。他们通过绘制这些轻器官在洪堡乌贼中的位置,并将其与生物上最详细的皮肤图案的位置进行比较,研究了这一假设。

他们发现,照亮器官最密集的区域(例如,鱿鱼的眼睛和鳍的薄边缘之间的一小块区域)与出现最复杂图案的区域相对应。

熟悉的外星人

自从拍摄鱿鱼以来,ROV技术已经取得了足够的进步,以至于下次在加利福尼亚观察到鱿鱼时,团队可以直接查看其背光假设。伯福德还希望创建某种虚拟乌贼,团队可以将其投射到真实乌贼的前面,以了解他们如何响应网络乌贼的模式和动作。

研究人员对迄今为止的发现感到很兴奋,但他们渴望在深海中进行进一步的研究。尽管研究生活在深海中的居民可能是一项艰巨而艰巨的工作,但这项研究仍有可能为人们对生命如何运作提供新的认识。

伯福德说:“我们有时将鱿鱼视为生活在这个外星世界中的疯狂的生命形式,但我们有很多共同点-它们生活在群体中,彼此交往,彼此交谈。” “研究他们的行为以及深海其他居民的行为,对于了解生命在外星环境中的生存方式非常重要,但它还可以更笼统地告诉我们关于我们星球上极端环境中使用的策略。”

这项工作由David and Lucile Packard基金会和斯坦福大学生物系资助。

在Frontera超级计算机上完成冠状病毒大规模模拟 新的模拟可以帮助研究人员设计新的药物和疫苗来对抗冠状病毒

科学家们正在准备他们所期望的巨大的冠状病毒计算机模型,从而可以深入了解它如何在体内感染。他们已迈出了第一步,测试了模型的第一部分,并在德克萨斯大学奥斯汀分校的德克萨斯高级计算中心(TACC)的Frontera超级计算机上优化了代码。从完整模型中获得的知识可以帮助研究人员设计新药和疫苗来对抗冠状病毒。

Rommie Amaro致力于构建其外部组件SARS-COV-2冠状病毒包膜的第一个完整的全原子模型。“如果我们对粒子的外部外观和行为有一个好的模型,我们将对涉及分子识别的不同成分有一个很好的认识。” 分子识别涉及病毒如何与血管紧张素转化酶2(ACE2)受体以及宿主细胞膜内可能的其他靶标相互作用。Amaro是加利福尼亚大学圣地亚哥分校的化学和生物化学教授。

Amaro期望冠状病毒模型包含大约2亿个原子,这是一项艰巨的任务,因为必须计算每个原子之间的相互作用。她的团队的工作流程采用混合或集成建模方法。

阿玛罗说:“我们正在尝试将不同分辨率的数据合并为一个内聚模型,可以在像Frontera这样的领导级设施上进行模拟。” “我们基本上从单个组件开始,在这些组件中,它们的结构已经以原子或接近原子的分辨率被解析。我们仔细地使这些组件中的每个组件正常运行并进入稳定状态。然后,我们可以将它们引入更大的领域邻近分子的模拟。”

2020年3月12日至13日,Amaro实验室在Frontera的多达4,000个节点或约250,000个处理核心上进行了分子动力学模拟。根据世界500强组织的2019年11月排名,Frontera是全球排名第五的超级计算机和学术超级计算机的第一名,它是国家科学基金会支持的领先级高性能计算系统。

阿玛罗说:“只有在像Frontera这样的机器上或在能源部的机器上才能进行这种大小的模拟。” “我们直接与Frontera团队联系,他们一直很慷慨地给我们提供基准测试的优先权,并尝试优化代码,以便一旦系统真正启动并运行,这些模拟就可以尽可能高效地运行。”

“可以肯定的是,使用其中一台全新的机器令人兴奋。到目前为止,我们的经验非常好。该系统的初始基准确实给人留下了深刻的印象。我们将继续优化这些超大型机器的代码系统,以便最终获得更好的性能。我想说,与Frontera团队合作也很棒,他们随时可以提供帮助,并且在这个关键的时间段内反应非常快。经验。”

TACC执行董事兼Frontera超级计算机项目首席研究员Dan Stanzione说:“ TACC为支持这项关键而开创性的研究感到自豪。“我们将继续支持Amaro的模拟以及其他与理解和寻找克服新威胁的方法有关的重要工作。”

Amaro处理冠状病毒的工作建立在她对流感病毒包膜进行全原子模拟的成功基础上,该模拟发表于2020年2月的ACS Central Science中。她说,流感工作将与他们目前追求的目标有很多相似之处与冠状病毒。

Amaro说:“这是对我们的方法和适应新数据并立即进行启动和运行的能力的出色测试。” “我们花了一年或更长时间来构建流感病毒外壳并在国家超级计算机上启动并运行。对于流感,我们使用了Blue Waters超级计算机,从某种意义上说,它是Frontera的前身。但是,这项工作冠状病毒的进展显然要快得多。这之所以能够实现,部分原因是我们早先在Blue Waters上所做的工作。”

Amaro说:“这些模拟将为我们提供对感染性所需的冠状病毒不同部分的新见解。我们之所以关心这一点,是因为如果我们能够理解这些不同的特征,那么科学家就有更好的机会设计新药物;了解当前药物的工作方式和潜在药物组合的工作方式,我们从这些模拟中获得的信息是多方面的和多维的,将对第一线的科学家以及长期的长期使用的人们产生希望。推动人们进一步了解这种病毒的科学有许多不同的组成部分和方面。在Frontera上进行的这些模拟只是这些组成部分之一,但希望是重要的和有益的。”

机械力影响细菌生物膜的困惑模式

由于粘糊状的特性,被称为生物膜的细菌黏附斑块在生长时通常会形成复杂的,像星暴般的图案。现在,普林斯顿大学的研究人员结合了分子生物学,机械工程和数学建模方面的专业知识,以揭示这些奇怪的皱纹背后的物理过程。

共同作者内德·温格林(Ned Wingreen)说,“在某一点上会出现图案:条纹,锯齿形和环形”。“这一直是我一直感到困惑的事情之一。”

这项研究于3月19日发表在《美国国家科学院院刊》上,该研究有助于阐明细菌如何在多种环境中生长,并且还可以帮助研究控制人体组织生长和变形的物理力。

Wingreen说:“从机械的角度来看,这增加了很多工作,表明我们所看到的是物理定律的淘汰。” “这将帮助我们了解其中的某些模式在多大程度上影响生物膜特性,这在生物学和医学上都很重要。”

这项工作是四位研究人员从多个角度研究生物膜的合作中的最新成果。与Wingreen一起,该团队还包括机械和航空航天工程学助理教授AndrejKošmrlj;霍华德·斯通(Howard Stone),唐纳德·R·迪克森(Donald R. Dixon’69)和伊丽莎白·W·迪克森(Elizabeth W. Dixon)机械与航空航天工程教授;以及Squibb分子生物学教授Bonnie Bassler。他们先前共同努力开发了一种从表面剥离生物膜的方法。

在这项研究中,研究人员分析了霍乱弧菌细菌的生物膜形成,该细菌膜广泛存在于水环境中,如果被人摄入,可能引起霍乱病。在柔软的基材上,生物膜最初以平坦层的形式生长,但随后变得褶皱,呈峰和谷的放射状和锯齿状。研究表明,这些模式取决于生物膜底物的相对柔软度或刚度,研究人员通过改变琼脂的浓度来进行操作,琼脂是一种通常用于填充培养皿的海藻衍生物质。

在较硬的基材上,皱纹首先出现在生物膜的中心并向外传播,而在较软的基材上,皱纹开始在边缘形成并向中心扩散。在这两种情况下,生物膜最终在其中心都呈锯齿状的皱纹图案,并在其外边缘处呈现出更加有序的放射状条纹图案。

这一过程是由一系列影响因素驱动的,包括每种细菌从基质中吸收养分,这会导致生物膜中心营养物质耗尽而导致生长不均。细菌在生长时会产生新的细胞外基质成分,并且还会产生使细菌相互粘附并粘附于底物的分子。

“这是一个非常复杂的过程,涉及到生长和力学,”刘易斯-西格勒研究所的研究生陈逸飞说。“为理解它,我们建立了所谓的化学机械模型。我们考虑了营养物质和生物膜的不均匀生长,以及这些特征如何转化为累积的机械力或应力。”

该模型使研究人员能够预测生物膜的哪些区域在特定时间点将承受最大压力,从而预测皱纹的形成位置。Fei说,这些预测与实际生物膜的三维形状的实验测量结果非常吻合,费恩说,他的研究生工作是由Wingreen和Bassler共同建议的。

Košmrlj说:“ Chenyi巧妙地集成了许多通常单独研究的不同机制。”

该模型的一个关键方面是采用了经典的机械不稳定性工程分析方法,该方法先前已应用于诸如极端温度下铁轨弯曲的问题。相似类型的不稳定性会导致诸如生物膜的柔软材料形成皱纹。

合著者,曾任普林斯顿大学博士后研究员,现为北京大学助理教授的盛茂说:“在上个世纪,人们一直在研究机械不稳定性,重点是试图防止结构的失效机制。” “但是,在新的研究浪潮中,我们正在尝试利用这些机械不稳定性来制造用于各种目的的可调结构,例如正在开发软材料以通过组织工程来治疗损伤和疾病。”

除了进一步了解生长中的细胞如何与软质底物相互作用的知识外,研究人员还计划在其发现的基础上进一步研究细菌的生命周期,包括某些细菌细胞从生物膜上脱离,离开结构并在新菌落中扩散的扩散阶段。地区。

温格林说,诸如霍乱弧菌的细菌是机会主义者。“他们进来,抢占一些领土,扩张,吃尽一切,然后离开。但是,对分散的最后一个方面的研究不足,而分散的物理和力学将提出一些有趣的挑战。”

这项工作得到了霍华德·休斯医学研究所,美国国立卫生研究院和国家科学基金会的部分支持,其中包括普林斯顿复杂材料中心的NSF奖。

研究突破:人类不是第一个改变CRISPR用途的人

近年来,CRISPR技术的发展,尤其是基因编辑剪刀,席卷全球。确实,科学家们已经学会了如何利用生物技术和制药行业以及其他领域的这些聪明的自然系统。

哥本哈根大学的最新研究表明,我们并不是第一个找到利用CRISPR技术优势的方法的人。显然,原始细菌寄生虫已经这样做了数百万年。

研究人员研究了自然界发现的六个CRISPR-Cas系统中类型最少的,最神秘的-IV型CRISPR-Cas。在这里,他们发现了与其他系统完全不同的特征。

重新定义CRISPR

“直到最近,CRISPR-Cas仍被认为是细菌用来保护自己免受病毒等寄生虫侵袭的防御系统,就像我们自己的免疫系统可以保护我们一样。但是,看来CRISPR是可以使用的工具负责这项研究的UCPH生物学部28岁的博士Rafael Pinilla-Redondo说,它可以用于不同的生物实体以达到不同的目的。

这些生物实体之一是质粒-小的DNA分子,其行为通常像寄生虫,并且像病毒一样,需要宿主细菌才能存活。

“在这里我们发现有证据表明某些质粒使用IV型CRISPR-Cas系统来对抗在同一细菌宿主上竞争的其他质粒。这很了不起,因为在这样做的过程中,质粒设法扭转了该系统。寄生虫,CRISPR被利用来执行其他任务。” Pinilla-Redondo说,并补充道:

“这类似于某些鸟类争夺树上最佳筑巢地点的方式,或寄居蟹争夺贝壳所有权的方式。”

“谦卑的认识”

这一发现挑战了CRISPR-Cas系统在自然界仅具有一个目的的概念,即在细菌中充当免疫系统。根据拉斐尔·皮尼利亚·雷东多(Rafael Pinilla-Redondo)的说法,这一发现提供了其他观点:

“我们人类直到最近才开始利用自然界的CRISPR-Cas系统,但事实证明,我们并不是第一个。这些’原始寄生虫’已经在人类使用了数百万年了,这远比人类早了。这真是一个令人沮丧的事情。实现”

我们可以用来做什么?

研究人员推测,这些系统可用于对抗人类最大的威胁之一:耐多药细菌。每年有数十万人死于MDR细菌。

细菌通过获取使抗生素具有抗药性的基因而对抗生素产生抗药性。当质粒将抗生素抗性基因从一种细菌转移到另一种细菌时,通常会发生这种情况。

Pinilla-Redondo说:“由于该系统似乎已经进化为可特异性攻击质粒,因此我们有可能将其重新用于对抗带有抗生素抗性基因的质粒。之所以能够实现,是因为可以对CRISPR进行编程以靶向人们想要的东西” 。

事实:

在自然界中,CRISPR-Cas是细菌用来切割入侵的遗传寄生虫的DNA的适应性免疫系统。
天然存在的CRISPR-Cas系统有六种类型。这项新的研究表明,IV型CRISPR-Cas与其他已知的CRISPR-Cas类型不同,不是在细菌的基因组中发现的,而是在质粒的遗传物质中发现的。质粒是需要宿主细菌生存的寄生遗传元件。
研究人员除其他外,发现了IV型CRISPR-Cas系统的几种新亚型和变体。
来自其他研究人员的最近几篇文章还建议,不同类型的所谓移动遗传元件(质粒所属的一组遗传实体)使用CRISPR-Cas组件执行除保护细菌免受病毒感染外的任务。
该研究文章发表在科学期刊《核酸研究》上。
这项研究是由哥本哈根大学生物学系的拉斐尔·皮尼利亚·雷东多,大卫·梅奥·穆尼兹,雅各布·罗素,罗杰·加勒特和罗伦·索伦森进行的。来自德国马尔堡菲利普斯大学的Lennart Randau和来自哥本哈根大学Herlev和Gentofte医院的丹麦儿童哮喘中心的Shiraz A. Shah。该研究得到丹麦独立研究基金的支持;诺和诺德基金会的串联计划;伦贝克基金会;Deutsche Forschungsgemeinschaft; 丹麦首都地区和诺和诺德基金会的“基础生物科学计划”。

改善长颈鹿易位的成功

为了保护目的而转移的长颈鹿应成群移动,至少要有30只雌性和3只雄性,以确保长期种群成功。在两项新研究中,一个国际研究人员团队确定了要迁移的团队的理想组成,并为易位过程的各个方面提供了指导,包括决策和计划,动物的运输和监控以及成功评估。

根据国际自然保护联盟(IUCN)濒危物种红色名录,1985年至2015年间,长颈鹿种群减少了40%。这导致自然保护联盟将该物种归类为易感物种-除非情况改变,否则很可能濒临灭绝-某些物种濒临灭绝-可能在不久的将来灭绝。

宾州州立大学生物学副教授,该研究小组负责人德里克·E·李说:“易位已被用作保护战略,以建立新种群,增加小种群或正在下降的种群,或将其重新引入先前占领的地区。”研究小组。“迁移可能是长颈鹿的重要保护工具,但是到目前为止,关于如何最好地计划,实施或报告它们的指导还很少。”

研究人员使用一种称为种群生存力分析的建模技术来确定新建立种群的理想大小和性别分布。他们模拟了各种情景,以预测创始人群的长期生存能力和遗传多样性(可以使人口免受疾病和环境变化的影响)。如果人口有95%的可能性在维持大部分原始遗传多样性的情况下持续100年,则研究人员认为易位方案是成功的。他们在2月27日发表在《濒危物种研究》杂志上的一篇论文中报告了他们的结果。

最初的种群数量为30例女性和3例男性,因此具有长期的种群生存力,但是为了维持原始种群95%以上的遗传多样性,建议每组50例女性和5例男性。与男性相比,女性需要的数量更多,因为女性与男性不同,可以为年轻人提供照料,并且是长颈鹿社会结构的重要组成部分。

李说:“由于人口的短期增长,在最初的几十年中,只有不到十名女性的创始人似乎很成功,但从长期来看却没有成功。” “小群体可能遭受近亲抑郁症的困扰,由于易位后头几年的随机事件,他们更有可能丧失遗传多样性。”

由于长颈鹿身体上难以移动,因此它们通常作为幼年而易位,其死亡率比成年高。更大的创始人口也可以缓冲年轻人的流失。

李说:“过去,大多数长颈鹿易位的动物数量很少,无法确保新种群的成功建立。” “我们建议30至50名女性,这将大大提高遵守这些规则的未来易位的成功率。”

研究人员在3月2日发表在《非洲生态学杂志》上的一篇论文中提供了有关易位过程的其他指南。他们审查了有记录的长颈鹿易位病例,并考虑了已发表的有关长颈鹿生物学和生态学的报道以及他们的个人经历。

研究人员描述了如何设定易位目标并评估风险,包括被迁入的长颈鹿,数量正在减少的原始种群以及引入地区的其他物种(包括人类)的风险。他们探讨了如何选择个人并评估新地点的适用性,并讨论了如何运输动物,研究人员强调应由专家来进行。

李说:“持续监测外来人口,对人口进行适应性管理以及记录整个外来过程,对于人口的长期成功和改善未来的努力都是至关重要的。”

重新分析全球两栖动物危机研究发现重要缺陷 对一项全球性两栖动物疾病研究的重新分析发现,主要结论缺乏证据且不可重复

尽管全球生物多样性处于危机之中,但两栖动物尤其面临各种威胁。其中一种威胁来自诸如两栖类chytrid真菌Batrachochytrium dendrobatidis(Bd)等病原体。这种真菌会引起壶菌病,研究表明这种病会导致某些两栖动物的衰落。但是,新的研究现在质疑一些先前的证据,这些证据将广泛传播的病原体与数百种两栖动物的衰落联系在一起。

去年,在《科学》杂志上,一项研究综述得出结论,糜蛋白酶引起了至少501种两栖动物物种的减少,其中90种已经灭绝。那篇论文表明,由于丝状真菌造成的物种损失“比其他重要的野生动植物病原体要大几个数量级”。但是最近由加州大学伯克利分校领导的重新分析发现,该论文的主要结论缺乏证据,而且不可重复。

在3月19日在线发表于《科学》杂志的《评论》中,进行重新分析的小组包括主要作者Max Lambert和Molly Womack,他们是环境科学,政策与管理(ESPM)系Erica Rosenblum教授实验室的博士后。加州大学伯克利分校的研究人员-在Scheele研究中发现了许多数据不足和方法论问题。在研究方法和数据集的过程中,他们在再现结论同时识别大量丢失数据的实例时面临挑战。在某些情况下,数据缺口未能将真菌与物种减少联系起来,即使对于以前被高度肯定地认为真菌是原因的许多物种而言也是如此。

Lambert和Womack指出,他们的重新分析并没有最小化乳糜菌在两栖动物下降中所起的作用,并且“乳糜菌无可避免地伤害了两栖动物”。

参与重新分析的许多合作者以前都曾研究过苏木菌对加利福尼亚和中美洲两栖动物的有害作用。对于某些物种,数据清楚地表明,受到极大关注的两栖类chytrid真菌导致了数量下降。但是,Lambert,Womack及其合作者发现,对于许多重要物种,Scheele等人的分析中的证据可以忽略不计,甚至不存在。

他们指出,目前尚不清楚真菌对多少种和哪些两栖类物种造成了伤害。相对于两栖动物面临的其他威胁,chytrid在全球下降中所扮演的角色也不确定。根据《科学》杂志的评论,在许多情况下,两栖动物数量下降的原因仍然是个谜。

重新分析的作者认为,透明的数据收集和分析对于科学和保护工作都是至关重要的。兰伯特说:“对于科学家来说,提供基于透明且可复制的数据和方法的负责任的叙述比以往任何时候都更为重要。” “这样做将产生更好的科学和更有效的保护。”

来自环境科学,政策与管理系和脊椎动物学博物馆的加州大学伯克利分校的其他作者包括埃里卡·罗森布拉姆(Erica B.Rosenblum),艾莉森·Q·伯恩(Allison Q. Rothstein。该研究还包括史密森尼国家自然历史博物馆,佛罗里达大学,旧金山州立大学,亚利桑那州立大学,犹他州立大学,北亚利桑那大学和范德比尔特大学的研究人员。

蛇消失与生物多样性危机

密歇根州立大学和马里兰大学领导的研究应该敲响有关“生物多样性危机”或世界范围内野生生物丧失的警钟。

任何物种的损失都是毁灭性的。但是,一个物种的灭绝或灭绝会引发生态系统内的雪崩,从而在此过程中消灭许多物种。当生物多样性的丧失在一个地区内造成连锁反应时,它们可以消除许多数据不足的物种-尚未进行科学研究或尚未进行充分研究以了解如何最好地保护它们的动物。

密西根州立大学综合生物学家,该研究的主要作者埃里斯·齐普金(Elise Zipkin)说:“一些稀有或难于发现的物种可能正在迅速下降,以至于我们可能永远都不知道我们正在失去它们。” “实际上,这项研究不是关于蛇,而是关于生物多样性的总体丧失及其后果。”

有问题的蛇居住在巴拿马ElCopé附近的保护区。这项新的研究记录了在入侵性真菌病原体消灭了该地区大部分主要食物来源的青蛙之后,蛇族如何暴跌。得益于马里兰大学对两栖动物和爬行动物进行的长期研究,该团队在失去青蛙之前获得了有关蛇群落的七年数据,之后获得了六年的数据。

但是,即使拥有如此庞大的数据集,也很少发现许多物种,以至于传统的分析方法是不可能的。说这些蛇很难捉摸或稀有,这是一种轻描淡写的说法。在研究过程中观察到的36种蛇中,只有12种被检测到一次,而5种被检测到两次。

齐普金说:“我们需要重新思考这个问题,并接受那些缺乏数据的物种,我们通常无法高度确定性地评估种群变化。” “相反,我们需要研究这种蛇群现在比过去恶化的可能性。”

使用这种方法,包括MSU前整合生物学家Grace DiRenzo和Sam Rossman在内的团队建立了统计模型,着重于估计两栖动物丧失后蛇的多样性指标发生变化的可能性,而不是试图估计物种中绝对物种的数量。区域,这是固有的困难,因为蛇是如此罕见。

齐普金说:“我们估计,与两栖动物衰落之前相比,蛇种数量减少的可能性为85%。” “我们还估计,尽管没有其他系统的环境变化,但两栖动物丧失后,许多个体蛇种的发生率和身体状况发生的机率较低的可能性很高。”

当动物大量死亡时,例如全球两栖动物正在发生的情况,研究人员将主要处理这一发现,并专注于确定原因。但是依赖那些动物的其他一切会发生什么呢?科学家通常对这些生态系统中的其他物种没有准确的计数和观察结果,让他们猜测这些变化的后果。当然,当涉及稀有和缺乏数据的物种时,挑战就更加严峻。

“由于永远不会有大量数据,我们无法确切查明为什么在两栖动物灾难性损失之后,某些蛇种下降而其他蛇种似乎还好,甚至繁荣了。” 齐普金说。“但是这种现象(干扰事件间接地导致大量的“失败者”但也导致了一些“胜利者”)变得越来越普遍,并导致世界范围内的生物同质化,或者形式上不同的生态系统逐渐变得越来越相似。”

然而,无法确定确切原因并不是从结果中得出的最坏消息。真正的坏消息是,破坏的程度预示着全世界范围内的损失比科学界所估计的要大得多。

美国国家科学基金会环境生物学部门的项目负责人道格·莱维说:“青蛙的死光比我们想象的要严重得多。” “青蛙的消失在热带食物链中起到了级联作用。这项研究揭示了基本的长期数据的重要性。当这些科学家开始在雨林中对蛇进行计数时,他们不知道最终会发现什么。”

Zipkin同意长期数据对于帮助利益相关者确定问题的范围很重要。

她说:“我们拥有这个独特的数据集,并且找到了一种估算稀有物种数量下降的聪明方​​法。” “但是,令人遗憾的是,生物多样性危机可能比我们想象的还要严重,因为有太多数据不足的物种,我们永远无法评估。”

从积极的方面来看,科学家们认为改进的预测和建模可以导致加强保护工作。进行以数据为依据的主动更改可以防止大量死亡和遏制生物多样性的丧失。

UMD的Karen Lips和La MICA Biological Station(巴拿马)的Julie Ray是科学团队的成员。

鸭嘴兽濒临灭绝

澳大利亚毁灭性的干旱对标志性的鸭嘴兽(一种全球独特的哺乳动物)产生了至关重要的影响,越来越多的报道称河水干and,鸭嘴兽陷入困境。

鸭嘴兽曾经被认为分布在澳大利亚东部大陆和塔斯马尼亚州,尽管由于该物种的分泌性和夜间特性,对其分布或丰度知之甚少。

由新南威尔士大学悉尼生态系统科学中心领导的一项新研究,是由新南威尔士大学领导的澳大利亚研究委员会项目资助,塔隆加自然保护协会支持的,这是首次研究了这种有趣的动物灭绝的风险。

该研究发表在本月的国际科学杂志《生物保护》上,研究了鸭嘴兽种群的各种潜在威胁,包括水资源开发,土地清理,气候变化和日益严重的干旱。

主要作者,新南威尔士州生态系统中心研究人员吉拉德·比诺博士说,现在必须采取行动,防止鸭嘴兽从我们的水道中消失。

比诺博士说:“迫切需要对鸭嘴兽进行全国风险评估,以评估其保护状况,评估风险和影响,并确定管理的优先次序,以最大程度地减少灭绝的风险。”

令人震惊的是,该研究估计,在当前的气候条件下,由于土地被清理和水坝造成的碎片化,鸭嘴兽的数量几乎减少了一半,导致该物种范围内约40%的当地人口灭绝,这反映了自欧洲殖民以来的持续下降。

在预测的气候变化下,由于极端干旱频率和持续时间(例如当前的干旱)的增加,损失的预测要大得多。

比诺博士补充说:“这些危险进一步使鸭嘴兽面临更严重的局部灭绝,无法再为这些地区提供种群。”

有记载的鸭嘴兽数量下降和局部灭绝表明该物种面临着巨大的风险,而国际自然保护联盟(IUCN)最近将鸭嘴兽的保护地位降低为“濒临灭绝”。

但是鸭嘴兽在澳大利亚的大多数辖区仍未上市-除了南澳大利亚以外,那里受到了威胁。

新南威尔士州生态系统科学与研究中心主任,理查德·金斯福德教授说,不幸的是,鸭嘴兽生活在人类广泛发展的地区,威胁着他们的生命和长期生存。

金斯福德教授说:“这些包括阻止水坝运动的水坝,可能破坏洞穴的农业,渔具和可能淹死他们的yabby陷阱以及会杀死它们的入侵性狐狸。”

该研究的合著者,墨尔本大学的布伦丹·温特尔教授说,现在必须采取预防措施很重要。

温特尔教授说:“就算是鸭嘴兽这样的假定’安全’物种,减轻或什至阻止威胁,例如新建水坝,也比等待灭绝风险增加和可能的失败更有效。”

“我们应该向考拉面临的危险学习,以了解当我们忽略警告信号时会发生什么。”

比诺博士说,研究人员的论文增加了越来越多的证据,这些证据表明,鸭嘴兽与许多其他澳大利亚本土物种一样,正濒临灭绝。

比诺博士说:“迫切需要通过增加监测,跟踪趋势,减轻威胁以及保护和改善淡水生境的管理,对这种独特的哺乳动物和其他物种进行国家保护。”

鸭嘴兽研究小组正在与塔龙加自然保护协会合作,继续研究这种神秘动物的生态和保护,以通过提供有效的政策和管理信息来确保其未来。

世界上最臭的水果可以为您的手机充电

试想一下,如果我们可以使用自然生长的产品(例如植物和水果)来存储电能,从而为手机,平板电脑,笔记本电脑乃至电动汽车等常用电子产品充电?

悉尼大学的研究人员已经做到了这一点,并开发了一种利用榴莲和菠萝蜜浪费来创建能量存储以快速充电的方法。

化学与生物分子工程学院学术副教授Vincent Gomes解释了他和研究团队如何将热带水果变成超级电容器。

它是如何工作的?

“通过使用从市场上购买的榴莲和菠萝蜜,我们将水果的废物部分(生物质)转化为超级电容器,可用于有效地储电,”文森特·戈麦斯副教授说。

“榴莲和菠萝蜜采用无毒,无害的绿色工程方法,通过在水中加热和冷冻干燥水果的生物质,将榴莲和波罗蜜转变成稳定的碳气凝胶-一种极轻且多孔的合成材料,可用于多种应用程序。

“碳气凝胶非常多孔,因此可以制成超级电容器。然后,我们使用了源自水果的气凝胶来制造电极,并对其储能性能进行了测试,发现这是非常出色的。”

什么是超级电容器?

“超级电容器就像能顺利释放能量的储能器。它们可以在一个小型电池大小的设备中快速存储大量能量,然后为少量手机,平板电脑和笔记本电脑等电子设备充电提供能量。秒”,戈麦斯副教授说。

“与电池相比,超级电容器不仅能够非常快速地为设备充电,而且充电周期也比传统设备要大几个数量级。

“目前的超级电容器是用活性炭制成的,其效率远不及该项目期间准备的那些。”

为什么留榴莲和杰克果?

Gomes副教授说:“榴莲废物的选择是基于制备多孔气凝胶的优良模板性质。”

榴莲和菠萝蜜超级电容器的性能比目前使用的材料好得多,并且与昂贵且奇特的石墨烯基材料相比甚至更好。

“榴莲废料是一种可持续的资源,可以将其转化为产品,从而通过我们的化学品大幅降低能源存储成本-绿色合成协议。”

该技术可以用于什么?

戈麦斯副教授说:“我们已经到了必须紧急发现和产生使用可持续来源的材料创造和储存能量的方式,而这些材料对全球变暖没有贡献。”

他说:“面对这种情况以及世界上矿物燃料的迅速消耗,天然来源的超级电容器正在引领开发高效储能设备的道路。”