探秘

科學(xué)家揭示大、小熊貓趨同演化遺傳學(xué)機(jī)制

熊貓和小熊貓屬于食肉目不同的科：大熊貓屬于熊科，而小熊貓屬于鼬超科中的小熊貓科，二者分歧已有4000多萬年。盡管其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系較遠(yuǎn)。它們卻演化出相同的食竹食性；更為有趣的是，這兩種熊貓的前掌還演化出一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)——偽拇指，以幫助抓握竹子。是適應(yīng)性演化和趨同演化的經(jīng)典案例。然而，偽拇指形成的分子機(jī)制一直難以揭示。

為揭示大熊貓和小熊貓形態(tài)性狀和生理性狀趨同的遺傳學(xué)機(jī)制，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員魏輔文領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)首次對小熊貓全基因組進(jìn)行從頭測序、組裝和注釋，并通過補(bǔ)充測序?qū)Υ笮茇埢蚪M進(jìn)行了重新組裝，組裝質(zhì)量比之前版本有了較大提升。基因組水平的系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，大熊貓屬于熊科，而小熊貓屬于鼬超科，結(jié)果支持之前分子水平的分類結(jié)論，且二者分歧時(shí)間可追溯到4750萬年前。

在全基因組測序的基礎(chǔ)上，他們采用比較基因組學(xué)方法從基因組水平進(jìn)行了大熊貓和小熊貓趨同演化的分子機(jī)制解析。在全基因組水平，他們鑒定了70個(gè)大、小熊貓適應(yīng)性趨同的基因，其中部分基因富集在纖毛組裝、肢端發(fā)育、蛋白消化與吸收、視黃醇代謝等類別或通路，與大、小熊貓偽拇指發(fā)育和對竹子中必需營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用密切相關(guān)。參與細(xì)胞纖毛結(jié)構(gòu)組裝的肢端發(fā)育基因DYNC2H1和PCNT是調(diào)控熊貓偽拇指發(fā)育的重要基因；與必需氨基酸、必需脂肪酸和維生素吸收利用相關(guān)的基因也發(fā)生了適應(yīng)性趨同，可增強(qiáng)熊貓從竹子中汲取必需營養(yǎng)物質(zhì)以適應(yīng)低營養(yǎng)的竹子食物。

在全基因組水平的假基因化分析中，他們鑒定了10個(gè)大、小熊貓共有的假基因，其中包含感知肉味的鮮味受體基因TASIR1。TASlR1在大、小熊貓中均發(fā)生了假基因化，而其他食肉動(dòng)物的該基因正常，呈現(xiàn)了一個(gè)有趣的食性特化驅(qū)動(dòng)的遺傳趨同事件。進(jìn)一步分析顯示，小熊貓TASlR1基因發(fā)生假基因化的時(shí)間應(yīng)該在小熊貓食性轉(zhuǎn)換為部分植食之后。該研究從代謝通路、蛋白趨同到假基因化等不同水平揭示了大熊貓和小熊貓形態(tài)與生理性狀趨同的遺傳學(xué)機(jī)制，為趨同演化這一演化生物學(xué)熱點(diǎn)問題分子機(jī)制的揭示提供了新的案例。

美國核能公司開發(fā)迷你核電站

近日，俄勒岡州核能公司NuScale向核管制委員會（NRC）遞交設(shè)計(jì)申請，宣稱已經(jīng)設(shè)計(jì)出模塊化迷你核電站。每座核反應(yīng)堆都可以被安裝在卡車上。但它依然有9層樓那么高。NuScale宣稱，這種設(shè)計(jì)更加安全，每個(gè)迷你核反應(yīng)堆使用更少的鈾燃料，它還可以沉入地面以下，上面蓋上保護(hù)性建筑。

NuScale公司總部位于波特蘭市，如果NRC能夠批準(zhǔn)它們的申請，他們將開始動(dòng)工建造迷你核電站。每座NuScale的迷你核反應(yīng)堆可輸出50兆瓦電量。目前美國最小的核電站位于內(nèi)布拉斯加州的卡爾洪堡，那里的核反應(yīng)堆可發(fā)電479兆瓦。

真正的核電站需要1座以上的核反應(yīng)堆聯(lián)合發(fā)電，同時(shí)需要工程師協(xié)調(diào)運(yùn)營。NuScale核電站的模塊將在工廠中預(yù)裝，然后運(yùn)送到指定地點(diǎn)。

該公司宣稱，他們的核電站組裝起來更簡單，場外組裝也可節(jié)省成本，因此模塊可被運(yùn)送到核電站所在地安裝。此外，NuScale核電站建設(shè)時(shí)間更短，成本也更低，因?yàn)槠渲恍钄?shù)百人，無需數(shù)千人施工。NuScale的迷你核反應(yīng)堆沒有冷卻泵，外部蒸汽發(fā)生器容器或更大的冷卻劑管道，都可以幫助降低成本。

NuScale公司表示，他們的模塊化核電站比普通核電站更安全。他們的核反應(yīng)堆存在真空裝置，可最大化減少熱量損失、限制氧含量以及預(yù)防零部件腐蝕。與常規(guī)核反應(yīng)堆相比，迷你核反應(yīng)堆使用的燃料更少，融化的危險(xiǎn)更低。它的整體設(shè)計(jì)包括核反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器，利用自然循環(huán)機(jī)制意味著，它不需要更大的反應(yīng)堆冷卻泵。它的安全殼淹沒在水池中，水池位于抗震建筑之下。

然而，迷你核電站發(fā)電成本也更加昂貴。核材料管理協(xié)會和憂思科學(xué)家聯(lián)盟成員、核科學(xué)家埃德溫·利曼表示，這是因?yàn)槭艿揭?guī)模經(jīng)濟(jì)原則所限。設(shè)施規(guī)模越大，其單位生產(chǎn)的價(jià)格越低。加入你將設(shè)施規(guī)模擴(kuò)大一倍，發(fā)電能力也會提高一倍，但設(shè)施的資本成倍并未加倍，為此發(fā)電成本也更加便宜。

利曼表示，小型模塊化核反應(yīng)堆違反了規(guī)模經(jīng)濟(jì)原則，但NuScale宣稱其擁有其他優(yōu)勢，比如模塊化建造方式，這讓核電站的建設(shè)更便宜。可是，這種說法還未得到證實(shí)。利曼還稱，NuScale的燃料或設(shè)計(jì)并沒有技術(shù)優(yōu)勢，也沒有比傳統(tǒng)核電站更高效地利用鈾燃料。

金星大氣層發(fā)現(xiàn)巨大弓形結(jié)構(gòu)

英國《自然·地球科學(xué)》雜志1月16日在線發(fā)表的一項(xiàng)研究稱，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)陶（JAXA）的“拂曉”號（Akatsuki）探測器，在金星高速移動(dòng)的大氣層中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨型靜態(tài)結(jié)構(gòu)。這一意外發(fā)現(xiàn)表明，金星的大氣動(dòng)力學(xué)情況比人們之前預(yù)想的更為復(fù)雜。

金星環(huán)境嚴(yán)苛，但大氣層某一部分的氣壓與溫度卻與地球非常類似，因而一直是科學(xué)家極感興趣的對象。不過，金星大氣也有匪夷所思之處，其比地球大氣層更為厚重濃密，上層大氣中的云能以每秒100米的速度移動(dòng)，幾乎是金星緩慢自轉(zhuǎn)速度的60倍。而地球最高風(fēng)速也只有自轉(zhuǎn)速度的十分之一到五分之一左右。

“拂曉”號探測器是日本首顆地外天體氣象衛(wèi)星，主要目的是研究金星的大氣情況。它曾經(jīng)入軌失敗，不過，2015年末第二次嘗試時(shí)成功進(jìn)入金星軌道，并于2016年4月開啟了對金星的正式探測。

此次，日本立教大學(xué)研究人員田口真及其同事，在金星上層大氣云端發(fā)現(xiàn)了一塊巨大明亮的弓形區(qū)域，綿延1萬公里。“拂曉”號探測器在多天內(nèi)都觀測到這一弓形結(jié)構(gòu)。令研究人員好奇的是，這塊明亮區(qū)域沒有隨背后大氣層的風(fēng)移動(dòng)，而是在金星表面的一個(gè)山區(qū)上方保持靜止。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這個(gè)溫度比周圍大氣層高的明亮區(qū)域是由較低層大氣流過山地上方時(shí)產(chǎn)生的重力波導(dǎo)致的，與地球上空氣流經(jīng)山地上方的現(xiàn)象類似。團(tuán)隊(duì)尚不清楚山地地形誘導(dǎo)的重力波是否能夠向上傳至金星云端，他們正在考慮這一新發(fā)現(xiàn)是否應(yīng)與金星厚密的上層大氣聯(lián)系在一起。就目前觀測結(jié)果來看，金星的大氣動(dòng)力學(xué)狀況要比人們此前預(yù)計(jì)的復(fù)雜得多。