关于生命起源和进化的研究进展
海豹、海狮和海象（统称为鳍足类动物）是从陆生食肉动物演化来的，但最早的已知鳍足类动物“海熊兽”已经有了脚蹼。
现在，加拿大北极地区一个新发现的化石让我们有机会看到鳍足类演化的一个更早阶段，它是一种像水獭一样的陆生和水生之间的过渡形式。该化石是一个几乎完整的骨架，适应半水生生活，包括趾骨之间可能形成了蹼。这一发现支持关于鳍足类起源于北极的假说。
Nature 458, 1021-1024 (23 April 2009) | doi:10.1038/nature07985
A semi-aquatic Arctic mammalian carnivore from the Miocene epoch and origin of Pinnipedia
地球上最早的生命并不需要“呼吸”氧气，但是大气中如果没有能够自由呼吸的氧气，早期生命除了绿藻也就剩不下什么了。传统观点认为，通过光合作用产生的氧气大约于距今24亿年前在地球上站稳了脚跟，这几乎占这颗星球历史的一半时间。然而新的实验室研究结果却对这一“大氧化事件”的姗姗来迟提出了挑战。
一直有研究人员相信，氧气在30亿年前便已出现在地球上，但是2000年，美国学院公园市马里兰大学的地质化学家James Farquhar发明了一种与硫同位素有关的非常棒的技术，将这一大氧化事件的发生年代定格在距今24亿年前。在一个化学反应中，相同元素的不同同位素的比例会发生变化。通常情况下，这些变化依赖于同位素的质量。然而Farquhar发现，在距今24亿年前，3种硫同位素之间的同位素变化却不依赖于同位素的质量。就像人们所知道的那样，这种非质量分馏（MIF）只有在无氧大气中进行太阳紫外辐射时才能够实现，同时MIF硫在距今24亿年之后便消失不见了。
然而理论学家最近提出了另一种可能的解释——MIF硫还可能存在于炙热的固体蛋白质中。在一项新研究中，美国大学公园城宾夕法尼亚州立大学的地质化学家Hiroshi Ohmoto和Yumiko Watanabe尝试着调查了这种可能性。他们和Farquhar——主要负责完成关键的同位素分析工作——报告说，在模拟地球早期更为猛烈的温泉条件下，两种氨基酸能够非常少量地产生MIF现象。研究人员在4月17日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。
这篇论文在一段措辞谨慎的结论中提出，新发现的反应模式又重开了地球早期氧化的时间问题。如果无氧大气并非MIF硫的唯一来源，那么氧气很可能在MIF信号消失之前便已存在于地球的大气中。Ohmoto强调：“这至少是一种我们应该加以考虑的可能性。”就个人而言，他说，“我认为我们取得的这些发现符合了我多年前说过的话”，即氧气的出现要比人们的估算提前了数亿年的时间。另一方面，Farquhar依然认为，MIF信号的消失“更有可能”标志着大气中的氧气出现的最早时间。
其他许多专家则倾向于支持Farquhar，他们指出，实验室的研究结果太小了——仅仅占在地质记录中发现的MIF总量的10%，并且对于温泉反应为何在距今24亿年前突然中断也缺乏一个令人信服的解释。美国剑桥市麻省理工学院的地质化学家Shuhei Ono指出：“我认为这一时间（距今24亿年前）依然很有可能是大气中的氧气的起源时间，因此当前有关早期无氧大气的概念依然站得住脚。”
Science 17 April 2009:DOI: 10.1126/science.1169289
Anomalous Fractionations of Sulfur Isotopes During Thermochemical Sulfate Reduction
4月17日的《科学》杂志报道说，通过研究最早陆地动物的古老的臂骨，研究人员说，他们已经发现了某些差别，这些差别可以对我们所知的地球上最早的从海洋爬到陆地上生活的4腿动物在进化上的位置进行重新排列。
Viviane Callier及其同僚对我们星球上的最早的四足动物进行了仔细的观察后发现，Ichthyostega（鱼石螈）随着它们年龄的增加，其上臂骨的位置会发生缓慢的变化。 这一发现表明，在它们的整个生命历程中，其上臂发生了功能性的变化，而且Ichthyostega 在年幼的时候会在水中生活更多的时间并在其生命的后期移往陆地之上，这使得它们成为已知的最喜欢在水中生活的四足动物。 过去，研究人员相信Acanthostega（棘鱼石螈）是在化石记录中最像鱼的陆地动物，但这一有关Ichthyostega 迁徙前肢的新发现表明，Ichthyostega 应该在进化树上占有一个更基底的位置，而其它的种系（如Acanthostega）可能是从Ichthyostega 所进化而来，而非反过来的情景。 研究人员总结说，他们已经捕捉到了在水生环境到陆地环境之间发育转变的最老的化石证据。 Matt Friedman在一篇Perspective中对这些发现进行了更详细的解释。
Science 17 April 2009:DOI: 10.1126/science.1167542
Contrasting Developmental Trajectories in the Earliest Known Tetrapod Forelimbs
2月27日的《科学》杂志报道说，当另外一个人的行为给你留下“口中一种不好的味道”，你是否想到它所揭示的是远比一个生动的比喻要更多的内涵？一项对表达厌恶时面部肌肉的新的研究表明，这一表达道德判断的习语可能有着深层的生物学根源。
根据Hanah Chapman及其同事的实验披露，一种味道不佳的饮料、一张令人厌恶的照片以及在游戏中遭遇的不公平对待等都会通过提唇肌而使人的上唇翘起及鼻子皱缩。研究人员说，这一研究提供了某些第一次提出的直接证据，即人类的道德系统至少有部分是建立在更为古老的进化适应基础之上的。Paul Rosin、Jonathan Haidt和 Katrina Fincher在一篇相关的Perspective 中对这些发现进行了讨论。
Science 27 February 2009:DOI: 10.1126/science.1165565
In Bad Taste: Evidence for the Oral Origins of Moral Disgust
一项解剖学研究显示了人族踝关节的细节，并表明了现代人的祖先没有类似于灵长类的树木攀援技能。一些科学家认为早期人类可能以类似于黑猩猩在树间运动的方式行走和攀援。
美国莫西干大学Jeremy DeSilva拍摄并分析了乌干达的黑猩猩的录像，从而确定这种动物的骨骼运动是否符合早期人类攀援的主张。该作者把重点放在了踝关节上，利用这些录像确定了背屈角（背屈是指踝关节转动从而让脚趾指向上方）。DeSilva证明了黑猩猩的背屈比人类远远大得多；黑猩猩能弯曲45度，而人类的范围是15到20度。现代猿的胫骨下端与踝关节连接的地方有更宽的前侧面，这很可能是对背屈的一种适应。这组作者检查了生活在150万年到400万年前不同时代的人族的12个胫骨化石，结果没有发现这样的适应。再结合其他已知的人族骨骼细节，Desilva提出人类祖先即便能攀援，可能也不像黑猩猩那样攀援。
PNAS April 13, 2009, doi: 10.1073/pnas.0900270106
Functional morphology of the ankle and the likelihood of climbing in early hominins
合作行为（cooperative behavior）是进化论中一个令人困惑的问题，它给种群内其它成员带来好处，但却会损害个体利益。生物学家对此迷惑不解——如果是最适者生存，那么有益于种群内所有成员的行为的基因就不该长期存在，合作行为应该灭绝。
美国麻省理工学院（MIT）科学家近日利用博弈论，解释了酵母规避这一问题的方法。研究显示，如果一个个体能够从合作行为中获取哪怕是微小的利益，那么即使周围的个体均不合作，它也能够生存下去。相关论文4月6日在线发表于《自然》（Nature）。
研究人员设计了一种实验装置，让酵母进行蔗糖代谢。蔗糖并非酵母的首选食物源，但在没有葡萄糖的情况下，它也会进行蔗糖代谢。不过，它们必须分泌一种蔗糖转化酶，帮助将蔗糖分解成单糖以便吸收。
问题在于，大量分解后的单糖也可被周围的其它酵母细胞利用。这种情况下，分泌转化酶的酵母称作合作者，不分泌、只消耗单糖的酵母称作欺诈者。
如果所有的单糖只是四下扩散，分泌转化酶的酵母没有优先使用权的话，那么更好的选择永远都是成为欺诈者，合作者将会灭绝。
研究实际发现，分泌转化酶的酵母对于它们制造的单糖拥有大约1%的优先使用权。这一获益超过了帮助别人所需的代价，使得它们能够成功地与欺诈者进行竞争。
此外，不论开始的酵母种群数量是多少，最后都会达到一种平衡状态，合作者和欺诈者同时存在。这类似于博弈论中的“铲雪博弈”——你和同伴开一辆车被雪堆挡住去路，每个人都可以选择下车铲雪或原位不动。一个人不铲雪，那么另一个人必须铲雪。
表面上看来，你最好的选择是待在温暖的车里，同伴去铲雪。但有时最坏的情况会发生，即你和同伴均不去铲雪，结果你们永远回不了家。因而，最好的策略是永远选择你对手策略的反面。
论文第一作者、MIT物理系的Jeff Gore表示，之前研究已经显示，在野生状态下，酵母携带的转化酶基因拷贝数存在不同。这种野外的遗传多样性，可能与实验室中观察到的合作者和欺诈者的长期共存相类似。
Nature advance online publication 6 April 2009 | doi:10.1038/nature07921
Snowdrift game dynamics and facultative cheating in yeast
据美国《连线》杂志网站报道，如果你曾经纳闷人类为何没有适于抓握的长脚趾，从而让双脚也具备双手的功能，那么最新的科学研究将告诉你答案：粗而短的脚趾或许是为奔跑量身定制的。
根据这项最新生物力学分析结果，长脚趾比短脚趾耗费更多体力，产生更多的震动，这也是帮助居住于大草原的人类祖先追逐猎物的诸多生理进化之一。
区别其他物种的重要标志
加拿大卡尔加里大学人类学家坎贝尔·罗利安(Campbell Rolian)说：“相比短脚趾，长脚趾在运动时需要肌肉，需要更多力气才能保持身体稳定。只要我们从事大量跑动，那么自然选择便会青睐于短脚趾的人。”大多数灵长类动物，包括跟我们关系最近的黑猩猩，按身体比例脚趾都长过人类的脚趾。人类脚趾十分短小，感觉没有深度，只能伸开和弯曲。多数能跑的动物的脚趾同样很短。猫和狗等一些动物的爪子几乎完全由脚掌或手掌构成。罗利安的研究小组由此想知道，奔跑是否可以解释人脚的生理构造。
当然，奔跑对早期智人的重要性很好推测。但是，这项技能对人体进化确实具有不同寻常的意义：除了智人外，只有极少数动物具备长跑能力，没有一种动物可以在炽热的阳光下长时间奔跑。比如狼和鬣狗，它们只能在寒冷天气或黄昏时分长途奔袭捕猎，在高温情况下则丧失了这种能力。需要耐力的奔跑则是将早期人类同其他物种区别开来的一个重要标志。
根据这项研究的另一位成员、哈佛大学人类学家丹尼尔·利伯曼(Daniel Lieberman)介绍，在有关大草原的长途奔跑问题上，现代人体结构的很多特征都发挥了重要作用。跟腱好比弹簧，可以起到保存体力的作用；后肢具有超大关节，而臀部肌肉则是保持稳定的完美工具。同样，大脑对奔跑活动产生的身体颤动具有特有的敏感度。
脚趾长增加对肌肉损伤
脚趾或许就属于这一类人体进化。利伯曼说：“人类非常适合耐力跑，这一定程度上使得人体变化更有意义。我们不仅是出色的短跑运动员，而且还是地球上最优秀的长跑选手。”这种人类擅长于长跑的论断尚未被普遍接受。美国威斯康星州大学古人类学家约翰·霍克斯(John Hawks)说：“走和跑利用了一样的人体部位。很难说这些人体构造是为奔跑量身定制，更为确切的说，是为长跑打造的。”霍克斯没有参加罗利安的研究。
但是，罗利安的研究至少证明了脚趾对跑步的重要性。这项研究刊登在最新一期《实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology）上。人在向前走或跑时，一只脚在空中，另一只脚在地面，人体一半到四分之三的重量恰好落在前脚上。罗利安说：“你走步时，一只脚在迈出一步前，另一只脚已经着地。你已经转移了部分身体重量。你的脚趾必须在跑动过程中完成更多的工作，推动你的身体向前。”
实验中，15名志愿者在一个对压力十分敏感的表面上一会儿跑，一会儿走，罗利安的研究小组对他们给这个表面施加的力量进行了分析，结果发现脚趾力量只要增加20%，产生的电动力(motor force)却是原来的两倍。我们可以从更为直观的跷跷板活动来解释这一问题：压力和支点之间的距离可使杠杆力增大。
罗利安还发现，长脚趾在让身体停止活动，或利用它们去引导跑和走所必须的向前倾的活动时，需要耗费更多的体力。这多出来的体力便是由长脚趾耗费的，因此增加了对肌肉的压力和损伤，可能使其成为自然选择的牺牲品。
凭借耐力猎杀大型动物
化石记录也粗略提供了合适的例证：类人猿的脚趾比南方古猿(最早的两足原始人类)脚趾长，而南方古猿的脚趾又比人属的脚趾长，现代人就属于人属。霍克斯指出，长途奔跑现已极为罕见，“在其存在的地方，是由非常复杂的文化适应支持(cultural adaptation)的，包括跟踪、水资源储存，将肉类运回家等等。至于早期人类是否存在这些文化适应证据，现阶段几乎没有，或根本不存在。”
然而，利伯曼指出，早期人属及其后代显然以大型动物为食，尽管猎杀大型动物所必须的投射物只是在距今几千年前发明出来的。利伯曼说：“我们的祖先，那些身单力薄的灵长类动物，如何猎杀大型动物？答案是我们可以追它们。我们让它们飞奔，它们不能一边奔跑，一边喘气。我们不是凭速度拖垮羚羊的，而是凭借耐力。”
当然，如今在商店和餐厅，奔跑已变成一种休闲娱乐活动，而硬底鞋吸收了赤足所感受的部分震动。从古代进化的压力释放出来，我们的双脚又会遭遇什么事情呢？罗利安说，现在说一切都不会发生还为时尚早，“但这是一个有关人体构造的许多特征的普遍问题。因为我们不再需要短脚趾最早的那种作用，于是有人又在谈论短脚趾最终是否会消失。”
Journal of Experimental Biology 212, 713-721 (2009) doi: 10.1242/jeb.019885
Walking, running and the evolution of short toes in humans
浙江大学农学院昆虫研究所陈学新教授课题组在一项关于蜜蜂的研究中发现，中华蜜蜂之所以比意大利蜜蜂具有更强的抗寒能力和抗病能力，是因为意大利蜜蜂在更为长期的驯化过程中丧失了某些基因。据悉，这一发现首次用实验的方式证实了长期驯化可能导致生物基因多样性降低的理论假设。
中华蜜蜂
据介绍，中华蜜蜂和意大利蜜蜂都起源于约1000万年前的亚洲，是一对非常相近的“姐妹”物种。由于蜂蜜产量高，易于管理，意大利蜜蜂很早就被人类驯化饲养，目前驯养范围遍及全世界，已经没有野生种群。而作为中国土生土长的重要蜜蜂种类，中华蜜蜂虽然也被人类驯化饲养，但目前仍然存在野生种群。此前科学家在研究中发现，中华蜜蜂比意大利蜜蜂更加耐寒，更能抵御病害浸染和螨虫危害，并能为更多种类的植物尤其是高山植物传授花粉。
陈学新教授课题组经过四年的研究认为，蜜蜂体内与免疫相关的物质——抗菌肽是导致这对“姐妹”物种存在差异的重要线索。该课题组利用分子生物学、比较基因组学和生物信息学等手段，克隆并鉴定了中华蜜蜂和意大利蜜蜂的体内基因都来自4个抗菌肽基因家族。这些基因对革兰氏阴性和阳性菌，其中包括一些人类疾病的致病菌都具有抗菌活性。其不同之处在于，中华蜜蜂体内存在87个不同的基因，共编码26种不同的抗菌肽；意大利蜜蜂则为16个基因、11种抗菌肽。
陈学新说，抗菌肽是生物体内普遍存在的、在免疫防御体系中发挥重要作用的生物活性物质。由于这两种蜜蜂的抗菌肽家族具有明显的不同，当他们同时受到病原侵袭时，中华蜜蜂会因其具有明显的抗菌肽基因优势和更为丰富的抗菌肽物质免受其害。
该课题组的相关论文近日发表在美国《公共科学图书馆·综合》（PLoS ONE）杂志上。杂志的评审专家认为，该研究首次全部鉴定了一个物种所有抗菌肽因家族的系统研究，获得了有趣的科学发现并富有重要价值，在实践上为进一步保护和利用蜜蜂及其重要的抗菌类物质提供了重要的科学依据。
PLoS ONE 4(1): e4239. doi:10.1371/journal.pone.0004239
Antimicrobial Peptide Evolution in the Asiatic Honey Bee Apis cerana
促使一个物种演变为两个物种的基因比基因组中的其他基因显现出更强的适应能力，这引发了科学家对促进此类基因快速进化原因的思考。
该论文表明此类基因与之前确认的“物种形成基因”有关，两种基因都可编码关键蛋白质，控制分子进出细胞核。研究人员认为细胞内的竞争加速了基因的迅速进化，从而造成了紧密相关的物种彼此基因上却不相容。
罗切斯特大学的生物学教授达文·普莱斯格瑞弗斯谈到，当其将两种早在300万年前就分裂开来的果蝇类型进行杂交时，一些杂交的后代发生了死亡。这表示，源自一个物种的基因不能与来自其他物种的基因相兼容。当同种类的生物由于山脉或海洋等地理的限制分开时，他们就开始了独自的进化。如普莱斯格瑞弗斯教授之前研究的马达加斯加的果蝇品种，由于印度洋的限制，其逐渐在非洲大陆演变为一个类似的“姐妹物种”，而随着时间的推移，这两个独立进化的物种的基因差异将越发明显。即当同一基因在两个相近的物种中快速进化时，它们将变得十分不同，不能再相互兼容，正如达尔文150年前所预言的那样，他们将在自然的选择下不断进化。
普莱斯格瑞弗斯对名为Nup160和Nup96的特定基因的快速进化原因有独到的见解。他认为这些基因如同细胞核的门卫一般，对这个最易受到病毒侵袭甚至基因组内部不良基因攻击的目标进行保护。这些基因或受到了不断的攻击，从而培养了自身超强的适应能力，而新物种的起源仅仅是进化竞争所产生的副产品。
研究小组现在正在研究其他可引发杂交死亡的基因，并尝试辨别出为何自然的选择可致此类特殊的复合体快速地发生进化。普莱斯格瑞弗斯认为病毒可对复合体的快速进化起到推动作用，因为病毒会将自身的DNA注入宿主细胞之中。在双方的竞争中，病毒将不断地寻求机会突破复合体的防护，而护卫基因也将迅速调整以阻挠病毒的侵袭，从而加速了自身的进化。
Science 6 February 2009:DOI: 10.1126/science.1169123
Evolution of the Drosophila Nuclear Pore Complex Results in Multiple Hybrid Incompatibilities
据英国《每日邮报》报道，脸红是泄露我们的内心情感的信号。但是，美国一位科学家称对于人们感到尴尬、羞耻或害羞时脸会变红的原因至今困惑不解。
脸红是如此神秘，以致著名生物学家、美国埃默里大学的弗朗斯·德瓦尔教授把脸红描述为“进化史上最大的鸿沟”之一。德瓦尔教授说：“我们是唯一对尴尬情境或者谎言被揭穿时脸会变红的灵长类动物，可是，为什么我们需要这种表达内心情感的显而易见的信号？”
今年为了纪念达尔文诞辰200周年，《新科学家》杂志要求一些世界上的顶级生物学家指出生物领域中的最大的未解之谜。有的研究人员表示，生命本身的神秘是生物领域中的最大缺口，也有研究人员称，是迷失的连接人类和黑猩猩的共同祖先。但是，德瓦尔教授认为，这个难题是人为什么会脸红。
当接近脸颊、颈部和胸部皮肤表层的血管张开允许更多血流通过的时候脸红就会发生。自主神经系统掌控着这些血管中的肌肉。德瓦尔教授称，脸红会让人们的撒谎变得困难。既然我们的生物学由自然选择所限定，这意味着表达诚心实意的能力让我们的祖先获得了与其他更多同时代生物的进化优势。
东安格利亚大学的心理学家雷·克罗兹教授表示认同地说：“通过这种方式发送出对群体致歉的信号……，这是人们知道他们做过错事的感觉。它能平息敌对行为，让人们更快地原谅你。它对人们消除怒火有帮助，对个人也有好处。”
如果存在时间机器，那么把一种生物放进去，能不能使它逆转退回远祖的状态呢？
葡萄牙和美国的科研人员用果蝇作为对象研究了这个有趣的问题，他们在实验室中模拟重建了果蝇远祖生活的环境。实验用果蝇是1975年从野外捕捉的果蝇的后代，已经在各种环境中经历了500代的进化，许多特性已经随环境变化而发生了改变。
实验中，科研人员把这些果蝇放回类似其祖先曾经生活过的环境中，让它们再经历50代的进化。如果果蝇出现逆向进化，那么它们3号染色体上的DNA（脱氧核糖核酸）一个片断将会有所变化。
研究得出的结论是什么呢？果蝇的确会“返祖”，但到一定程度就停止了。
科研人员在新一期英国《自然·遗传学》杂志上报告说，一旦果蝇能自如适应新环境，逆向进化的时钟就会停止，但这时果蝇的DNA与其远祖并不一定一致。
科研人员说，平均来说，只有一半的基因序列逆转变回到和其祖先相同的状态。这项研究也表明，进化比人们想像的要复杂得多，甚至有时取决于偶然事件。
这项研究也从一方面表明，物种能够通过基因重组而非基因突变一代代地进化。
Nature Genetics 11 January 2009 | doi:10.1038/ng.289
Experimental evolution reveals natural selection on standing genetic variation
