《Scripps科学家揭秘为什么发光浮游生物在西海岸不发光》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2019-11-27
  • 包括加利福尼亚大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所(Scripps)和英国南安普顿大学在内的一个国际研究团队的研究,揭开了美国西海岸非生物发光浮游生物种群的秘密。研究发现,生物发光所需要的两种化学物质—荧光素和荧光素酶—或者缺乏,或者不起作用。夜光虫是一种标志性的鞭毛藻,存在于世界各地的海洋中,早在几个世纪前就已发现了该物种的发光能力。然而,在过去的60年里,有报道称美国西海岸并没有出现生物发光现象,现在终于找到原因。

    当化学荧光素与荧光素酶结合时产生生物荧光。在甲藻中,这个过程产生的能量以蓝绿色光的形式释放出来。当一个鞭毛藻细胞被捕食者抓住时,光线就会被触发,任何足够强的力量,比如与碎浪、涌浪等也会刺激光线的产生。Scipps海洋生物学家发现了一种有趣的现象,这种生物发光鞭毛藻并不是来自当地水域,每次从当地取样进行培养都不发光。通过开发检测鞭毛藻生物发光基因的方法,发现西海岸夜光虫不表达荧光素酶,这引发了一系列后续实验。研究人员发现,由于荧光素酶基因DNA序列的多重突变,非生物发光夜光虫不表达功能性荧光素酶,随后的化学实验证实这些夜光虫缺乏荧光素。缺少功能性荧光素酶或荧光素会使生物体不发光,因此生物发光系统基本上是关闭的。

    在18世纪中期,夜光虫是第一个在早期显微镜下看到的发光的海洋微生物,具有重要的历史意义。它以其明亮的生物发光而闻名于世,被水手们观察了上亿年。夜光虫是一种贪婪的食肉动物,甚至在它的早期生活阶段就开始吞食它自己的捕食者,并且能够以非常快的速度生长。虽然它不产生毒素,但它是世界各地有害藻华的罪魁祸首。

    (刘思青 编译)

  • 原文来源:https://scripps.ucsd.edu/news/lights-out-scientists-discover-why-iconic-bioluminescent-plankton-dont-shine-west-coast
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    • 编译者:mall
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    • 近日,一个国际科学小组发现,在位于南非东部卡普瓦尔克拉通有着34亿年历史的克龙贝格结构中(KF)发现的微化石不仅是已知的最古老的复杂微生物,还与在澳大利亚皮尔巴拉·克拉顿发现的同一时期的复杂的微体化石有关联。研究人员报告称,克龙贝格结构形式是真正的、太古代化石,并代表了地球上一些最古老的形态的生物,详细研究已经发表在《Precambrian Research》上。 研究人员通过结合化石的形态和碳同位素值认为,透镜状化石代表了生命周期中有浮游阶段的微生物。来自路易斯安那州立大学的研究人员首先在克龙贝格结构中发现了透镜状,并与美国亚利桑那州的行星科学研究所合作,对样品进行了同位素分析,并对南非和澳大利亚的岩石形态、岩石类型和地质背景进行了比较。研究人员认为,当时南非的卡普瓦尔克拉通和澳大利亚的皮尔巴拉·克拉顿组成了一个大陆。 这些化石之所以不寻常,不只因为年代久远,还因为它们是复杂的、类似浮游生物的自养生物,能够将无机元素转化为有机物质。我们所熟知的化石,如三叶虫,才只是5亿年前首次出现,这种透镜状生物出现在34亿年前,从澳大利亚到南非蔓延,然后从化石记录中消失。这些化石似乎与我们所知道的地球上的任何东西都不相关,并没有留下一个谱系。 研究人员还注意到,这些化石的同位素组成和形态把它们与前寒武纪时期的化石区别开来。这些健壮的微生物存在了4亿年,种类丰富,分布广泛,因为它们有厚而坚固的壁,它们的行为像浮游生物一样漂浮在海面上,它们在早期地球较高的紫外线辐射和偶尔混乱的环境中仍有生存的优势。
  • 《MIT 科学家 3D 打印会发光的“活纹身”》

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    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2017-12-14
    • 麻省理工学院(MIT)机械工程系的研究人员已经研发出由活细胞和水凝胶组成的生物墨水上打印的“活体纹身”。当粘在人的皮肤上,接触到某些化学物质时,树状的“纹身”就会发光。这项研究是由麻省理工学院机械工程系的 Xuanhe Zhao 和生物工程,电气工程和计算机科学副教授 Timothy Lu 领导的,他们的研究论文已在《高级材料》杂志上发表。 研究人员提出了一种专门的生物打印技术,使他们能够创建由基因编程的生物材料制成的灵活的柔性可穿戴结构。在他们的演示中,MIT 研究人员用 3D 打印出一种由活细菌细胞制成的五彩树形的纹身。树的三种不同的分支颜色表示不同的细胞类型,每一个分支都被设计成对分子化合物的不同化学物质起反应。 通过将人体皮肤暴露于这些特定的化学物质中,然后将薄而透明的“纹身”涂在皮肤上,3D 打印的分支在与这些化学物质接触时就会开始发光。研究人员解释说,这个过程可以用来生产可穿戴传感器和交互式显示器的活性材料,可以对特定的化学物质进行反应和检测。 3D 打印纹身也有可能被应用于药物传递和外科植入物,因为它们可以被构建成包含制造葡萄糖等化合物的细胞,这些细胞可可以根据需求逐渐被释放到身体内。此外,研究人员表示,这种创新方法可用于 3D 打印“活体电脑”(由多种细胞类型组成的复杂结构,能够相互沟通)。 在开发 3D 生物印花纹身时,研究团队面临一些障碍。首先,科学家们必须找到合适的细胞来承受打印过程。正如他们所解释的那样,虽然全球的科学家正在努力打印哺乳动物细胞,但由于其脆弱性,容易破裂,并没有取得多少成功。 作为一个解决方案,MIT 研究小组转向了细菌细胞,这种细胞比哺乳动物细胞更易于形成更坚硬的细胞壁,并且可以忍受恶劣的环境。有趣的是,细菌细胞与水凝胶材料更加相容,使其成为生物打印应用的理想选择。 尽管如此,研究人员还是开始寻找最好的水凝胶混合物来打印活体纹身,发现含有普郎尼克酸的水凝胶是最合适的。这种水凝胶具有理想的流动特性,可以通过喷嘴打印。 最终可打印材料由一种与细菌细胞混合的水凝胶基质和保持细胞存活的营养物组成。据 Zhao 的说法,这种生物墨水非常适合打印,甚至展示了它能够以每个特征 30 微米的高分辨率打印的能力。 活体纹身本身是用 3D 打印机为生物打印应用定制的。一旦打印出来,纹身就可以使用紫外线辐射固化,随后应用到暴露于各种化学化合物的人体皮肤上。如上所述,当特定的细胞类型与化学物质接触时,纹身的分支逐渐开始发光。 虽然还处于早期阶段,但是活体纹身研究看起来很有希望,我们迫不及待地想知道未来还有哪些类型的活体纹身可以进行 3D 打印。