《新研究分析解释地球之水哪里来》

  • 来源专题:水环境治理与保护
  • 编译者: 王阳
  • 发布时间:2023-04-25
  • 美国研究人员参考太阳系外行星的资料分析发现,地球上的水可能是原始大气里的氢气与地表的炽热熔岩相互作用产生的。研究人员说,这一过程足以解释地球为什么拥有如此之多的水,还可以解释地球的另一些特征,比如地幔高度氧化、地核密度偏低。这项研究由美国加州大学洛杉矶分校和卡内基科学学会联合进行,相关论文日前发表在英国《自然》杂志上。根据当前理论,地球这样的岩质行星诞生于幼年恒星周围的尘埃盘中,固体物质构成的小型结构“星子”互相撞击、融合,逐渐成长为行星。撞击能量和放射性元素释放的能量使刚刚诞生的地球表面覆盖着熔岩海洋,逐渐冷却后形成金属质核、岩石地幔和地壳的结构。人类迄今已发现多颗太阳系外岩质行星,对这些行星的研究显示,岩质行星刚诞生时,原始大气中富含氢分子可能是一种普遍现象。研究人员在此基础上开发出新模型,涉及25种化合物以及它们之间的18种化学反应,模拟原始大气与熔岩海洋之间的相互作用。模型显示,该过程会产生大量的水,并导致地幔中的硅酸盐岩石氧化。一部分氢随着金属沉入地核,导致地核密度比理论上的铁质核要低。即使聚集形成地球的固体物质完全不含水,也不会妨碍地球成为一颗富含水的行星。研究人员说,这只是地球演化的一种可能情景,但该研究将地球演化历程与常见的太阳系外行星联系起来。他们希望,随着观测手段进步,人们将可深入研究太阳系外行星大气的演变,确定更可靠的“生命印记”指标,帮助寻找地外生命。
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  • 《病毒会引起全球疾病大流行,那么第一个病毒是从哪里来的?》

    • 来源专题:生物安全网络监测与评估
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-07-11
    • 2018年6月30日 讯 /生物谷BIOON/ --诸如埃博拉、流感和寨卡等病毒都会成为新闻头条,这些病毒常常会因具有潜在诱发疾病和死亡的威胁而抓住人们的注意力。那么这些病毒到底是从哪里来的?并不像细菌,病毒必须依靠宿主细胞来繁殖生存,其会拦截宿主细胞进行繁殖、扩散并且诱发疾病。 如今研究人员对一种名为拟菌病毒(Mimiviridae)家族名为Tupanvirus的巨大病毒进行研究,结果发现,这类病毒并不像我们当今所面对的病毒,其几乎拥有完整的“机器”来照料自己。而最近的研究发现也驳斥了科学家们有关病毒起源的争论。 冷冻病毒 就好像恐龙一样,研究人员并没有关于病毒的物理化石记录,而研究人员检测病毒并且研究其起源的一种方法就是在动物组织或土壤中寻找病毒的遗传物质,比如DNA或RNA等。尽管电影有时候可能并不会让你相信这些事情,但研究人员从未在植物的叶子或琥珀中发现病毒的遗传物质。 然而有些病毒却可以在西伯利亚的冻土层中被发现,随着全球变暖让冻结数千年的动土融化,科学家们也希望能够发现一些新东西,如今研究人员仍然只局限于精确地重建关于病毒起源的一些研究。 病毒的进化 病毒是一种营细胞生的微生物,其依赖于宿主细胞来繁殖,其主要由遗传物质(DNA或RNA)和包裹遗传物质的蛋白质构成。这些DNA和RNA序列随着时间会发生改变,遗传物质中会积累一些利于病毒存活的修饰,如今科学家们能对这些遗传物质序列进行分析来评估不同病毒的相关性以及这些病毒是如何进化的。 这些研究结果表明,病毒并不存在单一的来源,也就是说,今天我们知道的所有病毒都并不来自于同一种病毒的进化和改变;病毒有一系列独立的来源(几乎可以肯定的是,在不同的时间里)。当考虑到病毒起源时科学家们常常会做出的一种假设就是每一种病毒都会与其宿主一起进化。比如,感染人类的疱疹病毒就能随着时间而进化,其会不断适应宿主机体,以便能够持续维持感染人类宿主细胞的能力。 如果我们认为地球所有的生命形式都开始于海洋,那么我们也有理由相信,病毒也会与其海洋中的宿主一起进化,当宿主生物体从海洋移动到陆地,病毒也会不断进化,并且获得感染陆生动植物的能力。今年早些时候,研究人员通过研究发现,某些病毒或许已经有数百万年历史了,而且自从第一个脊椎动物存在以来就一直存在,但这或许无法解释病毒自身的起源。 关于起源的故事 有一种理论就认为,病毒来源于一种环状DNA(也称为质粒),其能够独立复制,并且在不同细胞之间穿梭,将遗传物质从一种有机体传递到另一种有机体,比如,有些质粒就能携带抗生素耐药性的基因,这种理论认为,质粒能从细胞中逸出,进入到另一种细胞中从而产生病毒颗粒。 另外一种理论则认为病毒能够从一种极为复杂的自由生物进化而来,比如细菌或细胞;而最近一项研究结果表明,人类机体中对记忆非常重要的一种名为ARC的蛋白质能够形成病毒样颗粒,并且在不同细胞中能够转移RNA,或许类似的远古蛋白质能够在不同有机体的转移过程中不断进化。 最近研究人员在巴西的碱湖中发现了这种名为Tupanvirus的巨大病毒,此类湖泊具有非常高的盐度和pH值,其就类似于数十亿年前地球上水生环境的状况。相比其它已知的病毒而言,Tupanvirus病毒拥有全套的蛋白质制造机器,其并不依赖于宿主细胞而反之,这项研究重新激起了科学家们对起源于复杂自由活细胞中的病毒研究的兴趣。 谁在先? 上述所有理论都认为细胞早于病毒而出现,而且在细胞存在的情况下病毒才会进行复制,然而有另外一种理论却认为,病毒先于细胞出现,在史前世界里,病毒都会以一种自我维持的实体存在,这种“古老机器”就能够复制病毒的遗传物质,随着时间延续,这些史前的病毒或许就会形成复杂的有组织的结构,最终进化为细胞样的实体结构。 当然,就目前而言,这些仅仅是理论而已,我们今天所拥有的技术和资源是无法检验这些理论并找出最合理的病毒起源解释的,一种可替换的策略或许就能够在诸如火星等其它行星上分离或识别病毒的原始形态,而停留在地球上似乎是一种更为合理的方法。 目前,诸如Tupanvirus新型巨型病毒的发现或许就能够帮助研究人员拼凑出这些病毒起源的特征,也能帮助研究人员后期更为深入地阐明这些病毒起源的分子机制。
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    • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者:malili
    • 发布时间:2021-02-19
    • 北卡罗莱纳州立大学的一项新研究表明,益生菌乳杆菌(Lactobacillus)利用酶调控胆汁酸,促进其自身在肠道中的存活。这些发现进一步阐明了胆汁酸和肠道细菌之间的复杂关系,最终将有助于研究人员设计具有治疗特性的益生菌,帮助塑造更健康的人类肠道环境。 这一研究发现公布在PNAS杂志上。 胆汁酸是消化系统和肠道整体健康的关键因素,这些酸是在肝脏中产生并在我们进食后释放的,它们不仅可以分解胆固醇,帮助调节脂肪的吸收,而且还对肠道中定居的细菌类型产生巨大影响。 当胆汁酸通过肠道时,最初它们会通过添加氨基酸(通常是甘氨酸或牛磺酸)进行化学修饰,形成复杂的“共轭”胆汁酸库。一些肠道细菌具有称为胆汁酸水解酶(BSH)的酶,可以从胆汁酸中裂解或“解偶联”这些氨基酸,从而使细菌在通过结肠时进一步转化胆汁酸。这些转化影响胆汁酸的毒性,进而影响不同细菌在肠道中生存的能力。 “之前我们认为像是乳杆菌这样的益生菌通过BSHs只是解离胆汁酸,使其毒性降低,细菌得以生存,”北卡罗来纳州立大学传染病学副教授Casey Theriot说, “但是现实要复杂得多:这些酶比我们想象的要特异性强得多。根据存在的BSH以及它作用的胆汁酸的不同,可以用不同的方式塑造肠胃,使其对细菌或病原体友好或者敌对。” “胆汁和细菌之间的相互作用极大地影响了它们在竞争激烈的环境中的生存或死亡。因此我们进一步调查了这种关系。” 研究人员进行了体外和体内实验,确定BSH是如何以及是否降低了胆汁酸毒性。首先,他们研究了两种乳杆菌在不同胆汁酸存在下的生长情况,结果惊讶地发现,结合的甘氨酸或牛磺酸在给定胆汁酸的毒性方面起着重要作用。然后他们分离出BSH,并对其进行生化研究,分析它们是否对特定的胆汁盐具有或多或少的活性,以及??在胆汁酸存在下生长时,是否会影响乳杆菌的存活。 研究发现,胆汁酸的毒性不仅仅取决于胆汁酸是结合在BSH上还是被解离了,这种关系还取决于胆汁酸的类型,所作用的细菌以及存在的BSH。 “当我们改变了这些乳杆菌菌株的BSH组成时,它们对胆汁酸的耐受性和竞争适应性也随之改变,这些BSH酶具有多种特性。细菌会定期吸收和释放酶,有时它们会吸收有助于生存的酶(使胆汁酸的毒性降低),或者会吸收有害于竞争的酶。 “因此,细菌,BSH和胆汁酸之间的关系并非一对一。这一新见解可以帮助我们制定新策略,通过延长有益微生物的寿命或防止病原体定殖来改善人类健康。” “如果将来我们要尝试设计肠道菌群,确实必须了解所有参与者,包括细菌,酶和胆汁酸及其情况关系。这项工作是朝着这个方向迈出的重要的第一步。” (生物通) 原文标题: Lactobacillus Bile Salt Hydrolase Substrate Specificity Governs Bacterial Fitness and Host Colonization