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Laut Nachrichten vom 15. Juli (Montag) lauten die Hauptinhalte bekannter ausländischer wissenschaftlicher Websites wie folgt:

Website „Nature“ (www.nature.com)

Wissenschaftler haben es zum ersten Mal entdecktMammutfast vollständige Chromosomen

Vor etwa 50.000 Jahren starb ein Mammut unter mysteriösen Umständen in der sibirischen Tundra.In Proben seiner Haut fanden Forscher Chromosomen, die in unberührten dreidimensionalen (3D) Strukturen konserviert waren, die in der Antike gefunden wurden.DNAwurde in der Studie als unmöglich angesehen.

Das Team enthüllte außerdem die räumliche Struktur der DNA-Moleküle des Mammuts und die aktiven Gene auf seiner Haut, darunter ein Gen, das dem Mammut sein pelziges Aussehen verleiht. Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Cell veröffentlicht.

Vor etwa 40 Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass DNA-Fragmente in antiken Exemplaren, darunter ägyptischen Mumien aus der Zeit vor Tausenden von Jahren, überlebt haben könnten. Doch mit der Zeit wird die DNA abgebaut und erleidet chemische Schäden, sodass es nahezu unmöglich ist, aus diesen Fragmenten die dreidimensionale Struktur des Genoms zu rekonstruieren. Niemand hat versucht, die Chromosomenorganisation in alten Zellkernen zu untersuchen, da angenommen wurde, dass die dreidimensionale Struktur der DNA mit der Zeit verloren gehen würde.

Um diese Hypothese zu widerlegen, führten Forscher eine neunjährige Studie durch, die nach gut erhaltenen alten DNA-Proben suchte, und fanden schließlich ein fast vollständiges Chromosom in einer Hautprobe eines Wollmammuts, die aus dem sibirischen Permafrost ausgegraben wurde. Dieses Mammut starb vor 52.000 Jahren. Forscher analysierten die Struktur der Mammutchromosomen und enthüllten die Faltung des DNA-Moleküls und seine räumliche Organisation im Zellkern – zwei Merkmale, die entscheidend dafür sind, welche Gene wie lange aktiviert sind.

Der Direktor für Biowissenschaften bei Colossal Biosciences, einem amerikanischen Biotechnologieunternehmen, sagte, dass die in der Arbeit beschriebene Methode Forschern auch dabei helfen könne, ein vollständiges Mammutgenom zusammenzustellen. Das Unternehmen arbeitet daran, das Mammut wiederzubeleben.

„Science Daily“-Website (www.sciencedaily.com)

1. Wie sich kälteresistente Pflanzen an die Umwelt anpassen: Polyploide Pflanzen können strukturelle Mutationen anhäufen

Kälteresistente Pflanzen wie Cochlearia haben sich gut an das kalte Klima der Eiszeit angepasst. Da sie zwischen Warm- und Kaltperioden wechselten, entwickelten sie viele Arten der Gattung Cistus, was auch zu einer Vermehrung der Genome führte. Evolutionsbiologen der Universität Heidelberg in Deutschland, der University of Nottingham in Großbritannien und der Universität Prag in der Tschechischen Republik untersuchten die Auswirkungen dieser Genomduplikation auf das Anpassungspotenzial der Pflanze. Die Ergebnisse zeigen, dass polyploide Pflanzen – Arten mit mehr als zwei Chromosomensätzen – strukturelle Mutationen mit lokalen Anpassungen anhäufen können, die es ihnen ermöglichen, immer wieder ökologische Nischen zu besetzen.

Die Gattung Lithospermum in der Familie der Brassicaceae spaltete sich vor mehr als 10 Millionen Jahren von ihren mediterranen Verwandten ab. Während ihre direkten Nachkommen sich auf die Bewältigung von Trockenstress spezialisiert haben, eroberten Steinkraut-Arten zu Beginn der Eiszeit vor 2,5 Millionen Jahren kalte und arktische Lebensräume. In früheren Studien untersuchten die Forscher, wie sich Pflanzen der Gattung Cistus in den vergangenen zwei Millionen Jahren immer wieder an schnell wechselnde Kalt- und Warmperioden angepasst haben. Darüber hinaus entwickelten einige der neu entstandenen kälteadaptierten Cistus-Arten unterschiedliche Genpools, die in kalten Regionen miteinander in Kontakt kamen. Durch den Austausch von Genen entsteht eine Population mit mehreren Chromosomensätzen. Da ihre Genome immer kleiner werden, können sie immer wieder ökologische Nischen in kälteren Regionen besetzen.

Die aktuelle Studie sequenzierte das diploide Referenzgenom einer alpinen Art der Gattung Cistus und rekonstruierte ein sogenanntes Pangenom.Es fügt verschiedene Genomsequenzen zusammen und zeigt so die Vererbung zwischen Individuen und anderen ArtenMutationen . Die Analyse von mehr als 350 Genomen verschiedener Lithospermum-Arten mit unterschiedlichen Chromosomensatzzahlen zeigte, dass polyploide Arten tatsächlich häufiger lokal adaptive Variationen in der Genomstruktur aufweisen als diploide Arten.

Diese Strukturmutationen werden durch zusätzliche Duplikationen des Genoms maskiert und sind daher einigermaßen vor Selektionsdruck geschützt, da die Anhäufung von Strukturvarianten auch zu einem Funktionsverlust führen würde. Durch ihr Modell zeigte das Team außerdem, dass polyploidiespezifische Strukturvariationen auch in genetischen Regionen auftreten, die eine wichtige Rolle bei der zukünftigen Klimaanpassung spielen könnten.

2. KI kann die Analyse kardialer MRT-Bilder beschleunigen und zu einer besseren Behandlung von Herzerkrankungen führen

Ein Forscherteam der University of East Anglia, der University of Sheffield und der University of Leeds im Vereinigten Königreich hat ein Modell der künstlichen Intelligenz (KI) entwickelt, das mithilfe von KI Bilder des Herzens aus Magnetresonanztomographien (MRT) analysiert.

Die Analyse eines MRT-Bildes kann für Ärzte 45 Minuten oder länger dauern, das neue KI-Modell benötigt jedoch nur wenige Sekunden.

Während andere Studien den Einsatz von KI bei der MRT-Bildanalyse untersuchten, wurde dieses neueste KI-Modell anhand von Daten aus mehreren Krankenhäusern und verschiedenen Arten von Scannern trainiert und an einer anderen Gruppe von Patienten aus verschiedenen Krankenhäusern getestet. Darüber hinaus bietet dieses KI-Modell eine vollständige Analyse des gesamten Herzens, indem es Ansichten aller vier Ventrikel zeigt, während sich die meisten früheren Studien nur auf die beiden Hauptventrikel des Herzens konzentrierten.

„Diese Innovation könnte zu einer effizienteren Diagnose, besseren Behandlungsentscheidungen und letztendlich zu besseren Ergebnissen für Patienten mit Herzerkrankungen führen“, sagten die Forscher.

3. Eine einfache Möglichkeit, Leben zu rettenPhagenLeicht zu transportieren und zu teilen

Phagen, die Bakterien oft auf natürliche Weise zerstören, wenn Antibiotika versagen, könnten den Kurs der Medizin und Landwirtschaft verändern, insbesondere da die Antibiotikaresistenz weltweit zunimmt. Jede Phagenform ist darauf spezialisiert, eine bestimmte Bakterienform anzugreifen, was es dem Phagen ermöglicht, die Infektion gezielt anzugreifen, ohne die nützlichen Bakterien zu beeinträchtigen.

Eine große Herausforderung bei der Nutzung des enormen Potenzials von Phagen besteht darin, sie einfacher und schneller zu gewinnen. Derzeit gibt es keine zentrale Phagenbank; es gibt lediglich verstreute lokale Phagenbanken an Orten wie Forschungslabors und Privatkliniken. Erschwerend kommt hinzu, dass lebende Phagen in Fläschchen mit Flüssigkeit suspendiert und gekühlt oder eingefroren werden müssen, was die Phagenlagerung umständlich macht und den effizienten Transport und die gemeinsame Nutzung von Phagensammlungen behindert.

Forscher der kanadischen McMaster University und der Université Laval haben gemeinsam eine einfache neue Methode zur Speicherung, Identifizierung und Weitergabe von Bakteriophagen entwickelt, um sie für Patienten, die sie benötigen, zugänglicher zu machen.

Sie haben eine Trockenspeicherplattform entwickelt, die eine wichtige Rolle in ihrem neuen benutzerfreundlichen System spielt, mit dem bestimmte Infektionen schnell mit Phagen abgeglichen werden können, die sie stoppen können.

Das Herzstück des neuen Systems ist ein neuartiges pillenförmiges Medium, das Phagen ohne Kühlung speichert und sie mit einem Medium kombiniert, das ein sichtbares Leuchten erzeugt, wenn die Phagen auf eine Zielinfektion reagieren.

Die neue Technologie ermöglicht die monatelange Lagerung von Phagen bei Raumtemperatur, bis sie benötigt werden, und vereint Biobanken und Testlabore in einem kleinen Paket.

Die Arbeit des Forschungsteams wird in einem kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Artikel beschrieben.

Scitech Daily-Website (https://scitechdaily.com)

1. Ein jahrhundertelanges biologisches Experiment enthüllt die genetischen Geheimnisse der Gerste

Eine seit 1929 durchgeführte Langzeitstudie hat wichtige Erkenntnisse über die Evolution der Gerste erbracht und ihre Anpassung an verschiedene Umgebungen sowie den erheblichen Einfluss der natürlichen Selektion aufgezeigt. Diese Studie verdeutlicht die Grenzen der evolutionären Züchtung und unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen zur Verbesserung der Ernteerträge.

Das Überleben von Kulturpflanzen nach ihrer Ausbreitung in verschiedenen Umgebungen ist ein klassisches Beispiel für eine schnelle adaptive Evolution. Beispielsweise verbreitete sich Gerste, eine wichtige neolithische Kulturpflanze, nach ihrer Domestizierung vor mehr als 10.000 Jahren weit und wurde über Tausende von Generationen zu einer wichtigen Nahrungsquelle für Mensch und Vieh in Europa, Asien und Nordafrika. Diese schnelle Expansion und der schnelle Anbau setzten die Gerste einem starken Selektionsdruck aus, einschließlich künstlicher Selektion nach gewünschten Merkmalen und natürlicher Selektion, die sie zwang, sich an verschiedene neue Umgebungen anzupassen.

Obwohl frühere Studien früher Gerstensorten einige ihrer populationsgenetischen Vorgeschichten identifiziert und die genetischen Orte kartiert haben, die zu ihrer Ausbreitung beitrugen, waren die Geschwindigkeit und die Gesamtdynamik dieser Prozesse ohne direkte Beobachtung schwer zu bestimmen. Mithilfe der Composite Hybridization of Barley II (CCII), einem der ältesten und am längsten laufenden Evolutionsexperimente der Welt, beobachteten Forscher den lokalen Anpassungsprozess der Gerste über fast ein Jahrhundert.

Obwohl Gerste zu Beginn der Experimente Tausende von Genotypen aufwies, zeigte die Studie, dass die natürliche Selektion diese Vielfalt dramatisch reduzierte und fast alle Gründungsgenotypen auslöschte, was zur Dominanz monoklonaler Abstammungslinien führte, die die meisten Populationen bildeten. Diese Transformation erfolgt schnell, wobei Klone in der 50. Generation etabliert werden. Den Ergebnissen zufolge besteht diese erfolgreiche Abstammungslinie hauptsächlich aus Allelen, die aus einer mediterranen Umgebung stammen. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass durch Selektion gezielte Gene eine wichtige Rolle bei der Klimaanpassung spielen, einschließlich einer starken Selektion beim Fortpflanzungszeitpunkt.

2. Das Geheimnis hinter der hervorragenden Leistung des neuen organischen Halbleiter-NFA

Solarenergie spielt eine entscheidende Rolle beim Übergang zu einer sauberen Energiezukunft. Aktuelle Solarmodule auf Siliziumbasis haben ihre Grenzen – sie sind teuer und schwierig auf gekrümmten Oberflächen zu installieren. Forscher haben alternative Materialien entwickelt, um diese Mängel von Silizium zu beheben. Die vielversprechendsten davon sind sogenannte „organische“ Halbleiter. Es handelt sich um einen Halbleiter auf Kohlenstoffbasis, und Kohlenstoff ist auf der Erde reichlich vorhanden, günstig und umweltfreundlich.

Ein Nachteil organischer Solarzellen ist ihr geringer photoelektrischer Umwandlungswirkungsgrad, der etwa 12 % beträgt, verglichen mit 25 % bei monokristallinen Silizium-Solarzellen. Doch die jüngste Entwicklung einer neuen Klasse organischer Halbleiter, der Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs), hat dieses Paradigma verändert. Mit NFA hergestellte organische Solarzellen können einen Wirkungsgrad von bis zu 20 % erreichen.

Trotz ihrer herausragenden Leistung ist der Grund, warum NFA anderen organischen Halbleitern deutlich überlegen ist, für die wissenschaftliche Gemeinschaft noch unklar. In einer bahnbrechenden Studie, die in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht wurde, entdeckten Forscher einen mikroskopischen Mechanismus, der teilweise die überlegene Leistung von NFA erklärt.

Der Schlüssel zur Entdeckung waren Messungen, die die Forscher mit einer experimentellen Technik namens „zeitaufgelöste Zwei-Photonen-Photoemissionsspektroskopie“ oder „TR-TPPE“ durchführten. Mit dieser Methode konnte das Team die Energie der angeregten Elektronen mit einer Zeitauflösung im Sub-Pikosekundenbereich verfolgen (1 Pikosekunde ist eine Billionstelsekunde oder 10^-12 Sekunden).

Die Forscher glauben, dass dieser ungewöhnliche Prozess aufgrund des Quantenverhaltens von Elektronen auf mikroskopischer Ebene ablaufen kann, wodurch ein angeregtes Elektron gleichzeitig auf mehreren Molekülen vorhanden sein kann. Diese Quantenverrücktheit fällt mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zusammen, was zu einem ungewöhnlichen Energiegewinnprozess führt. (Liu Chun)