爷爷临终前交给子孙一块人头骨化石，科学家研究了上面的......牙结石？| 一周趣科学vol.65

犬蔷薇如何破解生物学百年难题

德国科学家近日在《自然》杂志中发文，讲述了一个关于犬蔷薇的故事。这个故事告诉我们一个道理：教科书的功能就是被人打破，而生物教科书尤为如此。

DNA是任何生物都有的遗传物质。对于大多数动植物来说，DNA是保存在染色体里，一式两份，要创造后代的时候，把一式两份的染色体拆成一式一份（称为减数分裂），放在精子和卵细胞中，然后精卵结合，再重新变成一式两份。这种减数分裂加受精的搭配，保证了物种染色体的数量可以稳定延续。

然而犬蔷薇（Rosa canina）这种生物，它的染色体不是一式两份，也不是一式四份，而是一式五份。

要是还按照上述方法操作，那么它五份染色体是无法平均分配的，所以导致后代的染色体也未必能凑巧凑成五份，按照逻辑上来讲，野蔷薇是不可能产生后代的。那么，它是如何逆天改命的呢？

科学家发现，犬蔷薇会将其中三份染色体进行“封印”，只对剩下的两份进行减数分裂。如此一来，其生殖过程就和正常的一式两份的物种一样了。而在生成卵细胞时，被封印的三份会直接被分配到卵细胞中，在生成精子时，这三份染色体就直接被消灭掉了。这样一来，可以保证精子和卵细胞加在一起还是五份，就可以保证后代的染色体数量稳定了。

那么，细胞是如何知道要封印哪三份呢？科学家通过实验证明：原来这三份染色体上有特殊的“打包盒”。

细胞打包染色体完成后，会用一个叫做“着丝粒”的打包盒对染色体进行束缚。科学家通过细致的对比发现，细胞在打包封印的染色体时，会用一个比较大号的打包盒，而且上面缠绕着更多的封口签——CENH3蛋白质。

细胞中负责搬运染色体的外卖小哥在看到这种特殊的打包盒后，就知道这些染色体是不需要配送的，而是直接封印，所以就不会把它们送到别的细胞中，而是让它们安稳地留到最后的卵细胞中。

如果讲逻辑会让生物活不下去，那么唯一的出路，就是不要讲逻辑。改变所有不可改变的，这才是生命力的最终体现。

犬蔷薇的花蕊中藏着求生的动人故事

（图片来源：维基百科）

参考文献：

Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. et al. Bimodal centromeres in pentaploid dogroses shed light on their unique meiosis. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z

澳大利亚飞蛾用星空导航迁徙数千公里

每年春天，数十亿只博贡蛾从澳大利亚东南部的平原飞出，飞越1000公里，抵达新南威尔士州南部的雪山。在那里，它们将夏眠于高寒的黑暗洞穴中。

秋天来临，飞蛾会苏醒，踏上回家的旅程，繁衍后代，然后死去。也就是说，第二年新出生的飞蛾是从来没去过高山洞穴的，那么它们是怎么找到路的呢？

先前人们假设，博贡蛾能够探测地球磁场，并可能利用它来确定方向。但科学家发现，即使没有磁信号，博贡蛾仍然可以准确导航。

排除所有其他选项之后，剩下的选项即便再奇怪，也只能是唯一正确的选项了：它们是用星空导航的。

这一发现源于一项高科技版的天体思维实验。在新南威尔士州乡村的一间定制的磁屏蔽实验室里，研究人员将博贡蛾拴在一个飞行模拟器内，模拟在自然夜空下飞行的体验。该装置阻挡了地球磁场，但将真实的星图投射到飞蛾上方的穹顶上。

当投影与南半球天空星图一致时，飞蛾的飞行方向与它们的季节性迁徙方向一致——春天向南，秋天向北。当研究人员将天空投影旋转180度时，飞蛾的方向发生了颠倒。而当星星被打乱成毫无意义的散落状时，飞蛾就会迷失方向。

更令人惊讶的发现来自飞蛾的大脑。科学家利用精细电极记录了与导航有关的三个大脑区域的神经元活动。他们发现，神经元对星空的方向有特殊的反应。当飞蛾面朝南方—时—这正是它们春季迁徙的方向——许多神经元的放电最为活跃。

当天空转向特定方向时，一些神经元会被激活；另一些则会受到抑制。当科学家们测试模拟银河系部分区域时，神奇的事情发生了：当科学家给飞蛾展示船底座星云（南天最亮的星云之一）时，飞蛾的大脑有28个特定的神经元会产生一种特殊的兴奋反应。也就是说，它们真的知道自己看到的是什么。

澳大利亚于2021年将这种飞蛾列为濒危物种。气候变化、干旱和栖息地丧失被认为是造成其数量下降的原因。星星或许能指引他们，但我们有责任确保它们仍有一片天空可以追随。

看到不同的星空时，飞蛾的大脑细胞有不同的兴奋模式  （图片来源：参考文献）

参考文献：

Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Bogong moths use a stellar compass for long-distance navigation at night. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09135-3

抗病细菌能够从别的细菌中夺取铁元素

潘多拉杆菌属（Pandoraea）细菌至今尚未得到充分研究。它们的名称让人联想到希腊神话中象征着不可控危险的潘多拉魔盒。然而，与自然界中的许多事物一样，这些致病细菌并非只有负面特性。潘多拉杆菌不仅具有风险，它们还能产生具有抗菌作用的天然产物。

尽管潘多拉杆菌对健康构成高风险，但直到现在，人们对其分子特性知之甚少。只知道这些细菌存在于自然界中，并且可能具有致病性，因为它们已在囊性纤维化或败血症患者的肺部微生物组中被发现。

与大多数生物一样，铁对细菌也至关重要，特别是在铁元素匮乏的环境中（如人体内）。因此，许多微生物会产生所谓的“铁载体”（siderophores），这些小分子能够从环境中结合铁并将其转运到细胞内。

通过生物信息学分析，研究团队发现了一个此前未知的基因簇，命名为"pan"。该基因簇编码一种非核糖体肽合成酶——这是生产铁载体的典型酶。这个酶本身平平无奇，但它所产生的铁载体却非常特别：它能直接去别的细菌那里把人家的铁抢过来。

实验发现，把潘多拉杆菌和其它细菌，例如假单胞菌、分枝杆菌和嗜麦芽窄食单胞菌等养在一起，其他细菌最终都会缺铁而死，而铁元素都被潘多拉杆菌夺走了。

对囊性纤维化患者肺部痰液样本的分析进一步揭示，"pan"基因簇的检出与肺部微生物组的变化相关。因此，潘多拉杆菌素可能直接影响患病肺部的微生物群落。

这就有点像青霉素的发现过程：青霉菌本身作为一种微生物，产生的抗生素却可以杀死细菌。因此科学家就想到，或许可以用潘多拉杆菌产生的这种虎口夺铁的铁载体为蓝本，也研发出一种新型的抗生素。

潘多拉杆菌显微镜照片

（图片来源：莱布尼茨大学）

史上最清晰的玉夫座星系图细节拉满

天文学家创造了一幅星系杰作：一张极其清晰的图像，揭示了玉夫座星系中此前从未见过的特征。他们利用欧洲南方天文台的甚大望远镜，同时观测了这个星系的数千种颜色。通过在每个位置捕捉海量数据，他们创建了玉夫座星系内恒星的全星系快照。

领导本项目的研究员Enrico Congiu说道，“星系的直径可达数十万光年，非常巨大，但它们的演化取决于更小尺度上发生的事情。玉夫座星系处于一个最佳观察位置，它距离我们足够近，我们可以解析它的内部结构，并以令人难以置信的细节研究它的组成部分；同时，它又足够大，我们仍然可以将它视为一个完整的系统。”

星系的构成要素——恒星、气体和尘埃——会发出不同颜色的光。因此，星系图像中的颜色越丰富，我们就越能了解其内部运作。传统图像仅包含少量颜色，而这张新的图像包含数千种颜色。这幅图像为天文学家提供了他们需要了解的有关星系内部恒星、气体和尘埃的一切信息，例如它们的年龄、成分和运动。

为了绘制这幅玉夫座星系的星图，研究人员利用欧洲南方天文台甚大望远镜上的多单元光谱探测器对其进行了超过50小时的观测。该团队需要将100多张照片拼接起来，才能覆盖该星系约6.5万光年宽的区域。

在对数据的首次分析中，该团队在玉夫座星系中发现了约500个行星状星云，这些星云是由垂死的类太阳恒星抛射出的气体和尘埃区域。由于行星状星云的特性，它们可以作为与其宿主星系的距离标记。

未来利用该图，我们可以探索整个星系中气体的流动、成分变化以及恒星的形成过程。如此微小的过程如何对一个整体尺寸大数千倍的星系产生如此巨大的影响，这仍然是个谜。

上图：玉夫座星系全色彩图。

下图：玉夫座电离气体全色彩图。  

（图片来源：参考文献）

参考文献：

ESO. "A thousand colors, one galaxy: Astronomers reveal a cosmiciece." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 June 2025. .