生物学课程中的“假说”

传统乃至现在的许多生物学的专业教育仍然很强调专业内容的系统性与一致性 ,例如在教学与考核中 ,那条“从简单到复杂 ,从低等到高等”的所谓线索 ,各种动植物对其环境的适应性特征 ,仍被看成重中之重。而内容中的一些学说则被告知要“信鬼神而远之”,考核时最好不考 ,教时也最好不教。为什么呢 ?因为它们多是一些未能定论的东西 ,不好教给学生 ,果真应该这样吗 ?笔者以为不然。从科学的角度来讲 ,生命世界充满了许多未知和不确定的东西 ,许多知识 ,如进化生物学和微观生理、生化的内容都是以多种多样的假说的方式来阐述的。遗传学中的“中…     

神经发育中的细胞周期时程

哺乳动物的神经发育经历一系列神经前体细胞的形态结构和机能改变,其细胞周期时程也呈现动态变化,从神经发生早期至后期,神经前体细胞的细胞周期时程逐渐延长,并与细胞发育命运转归有关,其调节因素包括周期蛋白复合体、Notch信号通路、原神经基因靶向蛋白、微管与分子马达蛋白等。细胞周期长度假说认为,细胞周期的长度影响到命运决定子的积累,因而决定细胞的命运。文章综述了相关的研究进展。     

遗传等距离现象:分子钟和中性理论的误读及其近半世纪后的重新解谜

1963年,Margoliash在比对不同物种细胞色素C序列后,发现了出乎意料的遗传等距离结果,这与几乎同时间Zuckerkandl和Pauling的血红蛋白发现是同一现实的不同反映.一个就事论事的分子钟假说因而被提出,并长期被某些学者认为是真实的自然现象,导致Kimura提出中性理论来解释分子钟.多年的研究发现了无数矛盾,分子钟仅有有限的局部存在.但被忽略的是,分子钟的瓦解自然使遗传等距离成为未解之谜.近年来,本实验室偶然重新发现了这一至今还几乎无人知晓、并未被充分重视的现象.通过整合现有理论的正确内容,并引入最大遗传变异极限这一原创概念,提出了一个更全面的遗传进化学说,重新解读了遗传等距离及其他主要进化现象.该假说将改写物种亲缘关系树及群体遗传学,并解决一些现有理论给不出线索的生物医学难题.     

Vertical distribution pattern of mixed root systems of desert plants Reaumuria soongarica and Salsola passerina under different environmental gradients

植物种间相互作用及其对环境胁迫的响应一直是物种共存和生物多样性维持研究的一个热点, 从地下根系入手来探讨混生群落植物种间关系及其对环境胁迫响应的研究少见报道。该文以荒漠草原区(灵武)、典型荒漠区(张掖)和极端荒漠区(酒泉) 3个不同生境条件下单生与混生红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)为实验材料, 采用分层取样法对其垂直根系参数进行测定和分析, 探讨了两种植物根系分布对混生及荒漠环境梯度的响应。结果表明: 同一生境条件下, 混生红砂和珍珠猪毛菜比根长和比表面积均高于单生, 说明红砂、珍珠猪毛菜混生后其根系相互作用关系表现为互惠, 促进了植株对土壤养分和水分的吸收。不同生境条件下, 同一生长方式的红砂根系分布深度均大于珍珠猪毛菜, 且根系消弱系数也普遍高于珍珠猪毛菜, 说明二者在不同生境条件下占据不同生态位, 红砂表现为深根性, 根系位于土壤深层, 珍珠猪毛菜表现为浅根性, 根系分布于土壤浅层。随着荒漠环境胁迫增强, 单生和混生红砂与珍珠猪毛菜的比根长和比表面积均呈现出极端荒漠区>典型荒漠区>草原荒漠区的规律, 且生境越干旱, 混生群落根系分离越明显; 单生与混生红砂根系消弱系数也逐渐增大, 在极端干旱区达到最大值, 珍珠猪毛菜变化不大, 表明红砂-珍珠猪毛菜混生群落根系生态位分离随荒漠环境胁迫增强而加大, 验证了环境胁迫梯度假说。可见“地上聚生, 地下分离”的混生方式可能是红砂-珍珠猪毛菜混生群落适应干旱胁迫环境的生长策略。     

雄性西藏蟾蜍的鸣声特征及听觉敏感性

西藏蟾蜍(Bufo tibetanus)主要生活在海拔2 400～4 300 m的高海拔地区,本研究分析了这一高原两栖物种雄性个体的鸣声特征和听觉敏感性。采用录音机和指向性话筒,在野外记录西藏蟾蜍的广告鸣声,使用听觉脑干反应(ABR)检测听觉敏感性。采用Praat声音分析软件绘制广告鸣声的波形图和频谱图,鸣声特征参数通过Adobe Audition软件获取。广告鸣声由多个单音节鸣叫组成,鸣声主频为(1150±99)Hz。ABR对于刺激的响应以谷峰波形展示,听力图结果显示,听觉敏感区域在1.4～2.0 kHz,但在0.6～6.0 kHz范围的听觉阈值均高于70 dB,表明雄性西藏蟾蜍相较于其他物种听觉敏感性较差。尽管雄性西藏蟾蜍的最佳听觉敏感频率(1.6kHz)稍高于鸣声主频,但其鸣声能谱结构与听觉敏感性曲线在1.0～1.4 kHz存在一定程度重叠,符合"匹配过滤假说"。     

灵长类镜像神经元系统起源及其争议研究进展

在灵长类镜像神经元系统的研究中,关于镜像神经元系统的产生主要存在两种观点,基因假说认为镜像神经元系统的出现基于一定的演化压力,服务于动作理解这一社会性功能;而联想学习假说则认为镜像神经元系统是感觉运动学习的产物,并不服务于动作理解。在联想学习的阵营中,联想序列学习主张一种极端的后天论立场,并通过刺激-反应范式提供大量的实证证据。但是,联想序列学习虽然能够解释大部分镜像神经元的研究,却无法否定其发生机制中的基因成分。比较镜像神经元系统在多个物种中的演化历史,探索个体早期发展对社会性信息的偏好均显示出联想序列学习存在局限,而联想序列学习提供的证据也不具有生态学效度。因此,对镜像神经元的基因基础如何影响其产生、发展与演化的探讨仍将是一个极具意义和生命力的主题。     

神经元钙信号系统异常与阿尔茨海默病的“钙假说”

钙信号是细胞调节各项生命活动的重要机制。神经元通过胞外钙离子(calcium ion, Ca²⁺)内流、内质网Ca²⁺释放以及Ca²⁺释放介导的Ca²⁺内流等方式产生具有时空特异性的钙信号,用于调控多种生物学过程,例如动作电位的调节、神经递质的释放、轴突的生长以及突触可塑性等。神经元胞内Ca²⁺浓度因受到细胞精确调控而处于动态平衡之中。若钙信号失调导致平衡被打破,则会造成神经元功能异常甚至死亡。近年来多项研究表明,钙稳态失衡与神经退行性疾病,例如阿尔茨海默病等的产生和发展密切相关,由此发展出关于阿尔茨海默病的钙假说。该假说认为,神经元钙稳态调节机制的持续性改变是神经元功能失常、大脑产生慢性疾病的重要因素。阿尔茨海默病发生发展过程中,神经元胞浆钙水平异常增高,致使多种钙依赖性酶的活性异常,进而影响基因转录。虽然内质网钙稳态的变化目前仍存在一定的争议,但较为确定的是线粒体中存在着钙超载的现象,导致氧化磷酸化反应下调,活性氧的产量增加,进而引发细胞凋亡。本文主要介绍了神经元钙信号系统及其功能,简要梳理了阿尔茨海默病钙假说的相关研究,并对后续研究进行了展望。     

Effects of soil nitrogen levels on growth and defense of the native and introduced genotypes of alligator weed

土壤氮水平对喜旱莲子草原产地和引入地基因型生长和防御的影响 同种植物生长在资源丰富生境中的个体,其防御水平被认为低于生长在资源匮乏生境中的个体。然而,生境的养分水平如何影响植物的诱导抗性和耐受性,以及这种影响在入侵植物的原产地和引入 地种群间是否存在差异,目前均知之甚少。本研究以入侵植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的原产地阿根廷和引入地美国的基因型为研究对象设计同质园实验,以探究土壤氮水平对植物的生长、组成和诱导性[莲草直胸跳甲(Agasicles hygrophila)取食诱导]化学防御以及耐受性的影响。实验中,我们测定了植物总生物量、伸长速率(生长速率的表征)以及叶片和根系中总碳、总氮和三萜皂苷(化学防御物质)的含量。研究结果显示,植物在低土壤氮水平下表现出较高的组成抗性(植物在低土壤氮水平下的叶片三萜皂苷含量高于其在高土壤氮水平的33%)和耐受性[植物被取食后总生物量下降的程度更低(植物在高土壤氮水平和低土壤氮水平下被取食后总生物量分别下降了24%和15%)],而在高土壤氮水平下表现出较高的诱导抗性(在高土壤氮水平下的植物被取食后叶片三萜皂苷含量与空白对照的植物相比升高了24%)。植物的组成抗性和耐受性与生长速率存在权衡,但诱导抗性与生长速率存在显著的正相关性。此外,引入地基因型在低土壤氮水平下叶片碳含量显著低于原产地基因型(-6%),但这种差异在高土壤氮水平下消失。这些结果表明,土壤氮水平 影响植物对不同防御策略的选择偏好,并且在决定引入地基因型的表现时与植食作用存在交互作用。