早期的四足類(lèi)動(dòng)物離開(kāi)了海洋，勇敢地登上陌生的陸地，***終演化出了爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)以及哺乳類(lèi)等陸生動(dòng)物。這些曾擁有共同祖先的四足動(dòng)物，為什么在今天展現(xiàn)出了迥異的大腦特征？一些在我們看來(lái)較為“低等”的動(dòng)物的大腦，為什么卻擁有令人羨慕的神奇再生能力？

    ***新一期《科學(xué)》雜志的封面通過(guò)4篇研究論文，揭示了爬行動(dòng)物與兩棲動(dòng)物大腦演化過(guò)程中的關(guān)鍵創(chuàng)新，講述了那些前所未聞的大腦演化故事。

    以往，科學(xué)家在研究脊椎動(dòng)物大腦演化時(shí)，關(guān)注的往往是不同物種腦區(qū)層面的相似性。而***新研究能夠深入細(xì)胞層面，聚焦不同細(xì)胞類(lèi)型在大腦演化中扮演的角色。

    這些關(guān)鍵突破的出現(xiàn)，離不開(kāi)單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的發(fā)展。過(guò)去幾年，科學(xué)家已經(jīng)在小鼠的特定腦區(qū)鑒別出數(shù)百種細(xì)胞，但如此眾多的細(xì)胞類(lèi)型和腦區(qū)如何演化，僅僅依靠對(duì)小鼠大腦的研究顯然無(wú)法解決。

在4項(xiàng)***新研究中，多個(gè)國(guó)家的研究團(tuán)隊(duì)分別對(duì)爬行動(dòng)物和兩棲動(dòng)物大腦的細(xì)胞類(lèi)型演化進(jìn)行了深入探索。

在其中一項(xiàng)研究中，來(lái)自馬斯克?普朗克大腦研究所的團(tuán)隊(duì)選擇的研究對(duì)象是鬃獅蜥（Pogona vitticeps）。借助單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)，他們創(chuàng)建了這種爬行動(dòng)物的全腦細(xì)胞圖譜，并且在與小鼠腦細(xì)胞圖譜的對(duì)比中，顛覆了哺乳動(dòng)物大腦演化的一個(gè)核心觀點(diǎn)。

此前的研究普遍認(rèn)為，由于哺乳動(dòng)物由爬行類(lèi)演化而來(lái)，因此哺乳動(dòng)物的大腦應(yīng)該以爬行類(lèi)的基本特征為主，并輔以一些新的特征。

▲研究團(tuán)隊(duì)對(duì)不同脊椎動(dòng)物的神經(jīng)元演化開(kāi)展了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

但在***新研究中，通過(guò)對(duì)高分辨率圖譜的對(duì)比，研究團(tuán)隊(duì)觀察到幾乎所有腦區(qū)的細(xì)胞類(lèi)型都存在差異。在保守的腦區(qū)中，同樣存在全新的細(xì)胞類(lèi)型。保守與創(chuàng)新細(xì)胞類(lèi)型的共存說(shuō)明，腦細(xì)胞類(lèi)型在演化上具有可塑性。因此，爬行動(dòng)物與哺乳動(dòng)物在共同祖先的基礎(chǔ)上，各自獨(dú)立演化出自身的神經(jīng)元與神經(jīng)回路特征。

同期的另外兩篇論文共同研究了一種神奇的兩棲動(dòng)物：美西鈍口螈（Ambystoma mexicanum）。這種蠑螈是動(dòng)物研究中的當(dāng)紅明星，它們因脊椎、心臟與四肢能夠再生而。更夸張的是，它們不僅能形成新神經(jīng)元，連大腦都具有一定的再生能力。

美西鈍口螈（以下簡(jiǎn)稱(chēng)蠑螈）的大腦是如何再生的？為什么它們的再生能力如此強(qiáng)大？這些研究對(duì)蠑螈的大腦進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。

其中，來(lái)自瑞士和奧地利的研究團(tuán)隊(duì)探索的問(wèn)題是，蠑螈能否再生出大腦中的所有細(xì)胞類(lèi)型，包括腦區(qū)間的連接。

這項(xiàng)研究利用單細(xì)胞RNA測(cè)序繪制了蠑螈大腦的細(xì)胞類(lèi)型圖譜，從而明確了其中的所有細(xì)胞類(lèi)型，包括不同類(lèi)型的神經(jīng)元、祖細(xì)胞等。一個(gè)出人意料的發(fā)現(xiàn)是，在祖細(xì)胞分化為成熟的神經(jīng)元的過(guò)程中，大量祖細(xì)胞會(huì)經(jīng)歷一個(gè)中間階段：成神經(jīng)細(xì)胞，而這種細(xì)胞此前被認(rèn)為是蠑螈不具備的。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)切除了蠑螈大腦的一部分，從而測(cè)定大腦再生過(guò)程中產(chǎn)生的新細(xì)胞類(lèi)型。結(jié)果，所有被切除的細(xì)胞類(lèi)型都得到了恢復(fù)、被切斷的神經(jīng)元連接也重新連接，這意味著再生區(qū)域的原始功能可以重新恢復(fù)。

▲蠑螈大腦的結(jié)構(gòu)、保守性與神經(jīng)再生過(guò)程

而在與哺乳動(dòng)物的對(duì)比中，蠑螈的腦細(xì)胞與哺乳動(dòng)物的海馬體、嗅覺(jué)皮層表現(xiàn)出高度相似性，其中一種細(xì)胞類(lèi)型甚至與哺乳動(dòng)物的新皮層具有相似性（哺乳動(dòng)物具有6層新皮層，兩棲動(dòng)物則不具備這一結(jié)構(gòu)）。這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，上述腦區(qū)在演化中具有保守性，或者各自演化出相似的特征；而哺乳動(dòng)物的新皮層可能擁有來(lái)自?xún)蓷珓?dòng)物腦部的祖先細(xì)胞。

另一項(xiàng)由杭州華大生命科學(xué)研究院主導(dǎo)的研究，揭示了蠑螈具有強(qiáng)大再生能力的關(guān)鍵線索。作者分析了蠑螈的大腦發(fā)育和再生過(guò)程，并構(gòu)建了***蠑螈腦再生時(shí)空?qǐng)D譜。

在造成皮層區(qū)域損傷后，研究團(tuán)隊(duì)觀察了蠑螈大腦從損傷到再生修復(fù)的過(guò)程，并且從中找到了關(guān)鍵的細(xì)胞變化。傷口區(qū)域很早就出現(xiàn)了新的神經(jīng)干細(xì)胞亞群，它們由附近的其他神經(jīng)干細(xì)胞亞群受刺激后轉(zhuǎn)化而來(lái)，并在后續(xù)的再生過(guò)程中新生出神經(jīng)元，以填補(bǔ)損傷部位缺失的神經(jīng)元。

▲時(shí)空?qǐng)D譜展示了蠑螈大腦的發(fā)育與再生過(guò)程

研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)比了蠑螈大腦分別在發(fā)育與再生過(guò)程中的神經(jīng)元形成，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)過(guò)程高度相似。因此研究猜測(cè)，這或許是腦損傷誘導(dǎo)了蠑螈神經(jīng)干細(xì)胞逆向轉(zhuǎn)化，回到發(fā)育時(shí)期的年輕化狀態(tài)，以啟動(dòng)再生過(guò)程。

***后一項(xiàng)研究由哥倫比亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜。此前的研究告訴我們，脊椎動(dòng)物認(rèn)知功能的演化與前腦的兩項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新有關(guān)：哺乳動(dòng)物的6層新皮層，以及蜥形類(lèi)（包括爬行動(dòng)物與鳥(niǎo)類(lèi)）的背側(cè)室嵴。但它們的產(chǎn)生過(guò)程并不清楚。

***新研究建立了歐非肋突螈（Pleurodeles waltl）大腦的細(xì)胞類(lèi)型圖譜，與其他四足動(dòng)物的對(duì)比顯示：蜥形類(lèi)的一部分背側(cè)室嵴的出現(xiàn)，要追溯到四足動(dòng)物祖先；相反，這些歐非肋突螈卻不具備哺乳動(dòng)物新皮層的細(xì)胞與分子特征。由此，這些發(fā)現(xiàn)為兩項(xiàng)創(chuàng)新的出現(xiàn)提供了重要線索。

對(duì)于這4項(xiàng)研究，同期的觀點(diǎn)文章點(diǎn)評(píng)道：“這些文章均產(chǎn)生了大量單細(xì)胞數(shù)據(jù)集，并通過(guò)對(duì)已有公開(kāi)數(shù)據(jù)的挖掘，展示了數(shù)據(jù)分享的重要性，以及積累來(lái)自不同物種的單細(xì)胞數(shù)據(jù)、用于比較演化過(guò)程的力量?！?/p>

沒(méi)有酒花的啤酒不是真正的啤酒 - 啤酒花提供平衡，是許多風(fēng)味的標(biāo)志。 啤酒的苦味主要來(lái)源于酒花中的α-酸，α-酸的異構(gòu)化就代表了酒花物質(zhì)在啤酒釀造中的關(guān)鍵反應(yīng)，異α-酸主要可使啤酒具有柔和的苦感。Skalar根據(jù)國(guó)際方法（例如EBC，ASBC，Mebak和其它標(biāo)準(zhǔn)）自動(dòng)分析啤酒中的異α-酸等苦味質(zhì)。

位于荷蘭Zoeterwoude的Heineken使用SP2000機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種啤酒中苦味質(zhì)分析的自動(dòng)化。 

機(jī)器人分析儀自動(dòng)執(zhí)行完整和無(wú)人值守分析的所有必要步驟。 操作員插入啤酒樣品并啟動(dòng)機(jī)器人。分析儀自動(dòng)對(duì)樣品進(jìn)行脫氣，并酸化啤酒和通過(guò)添加異辛烷萃取溶液自動(dòng)萃取進(jìn)行苦味值的分析。 萃取后，在分光光度法中在流通池中在275nm處測(cè)量有機(jī)相。自動(dòng)計(jì)算苦味質(zhì)的結(jié)果。

機(jī)器人具有15個(gè)樣品位置用于樣品處理，所有分析可以一式兩份進(jìn)行。 每小時(shí)可自動(dòng)分析8個(gè)樣品，包括自動(dòng)進(jìn)行樣品的脫氣預(yù)處理。

除了分析啤酒中的苦味外，SP2000機(jī)器人還可以在同一平臺(tái)上自動(dòng)測(cè)量啤酒的色度，pH值，游離氨基氮（FAN）和SO2等。

特點(diǎn)：

l  完全自動(dòng)化包括：樣品脫氣，打開(kāi)樣品管，樣品稀釋?zhuān)砑釉噭?，混合和測(cè)量吸光度

l  批量分析，完全適合每個(gè)啤酒廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)

l  靈活處理小批量或大批量樣品的分析，并可進(jìn)行單個(gè)參數(shù)或多參數(shù)的分析

l  苦味質(zhì)計(jì)算不需要校準(zhǔn)

l  可用于各種類(lèi)型樣品的低和高的苦味質(zhì)的啤酒的測(cè)量

l  與手動(dòng)方法相比，自動(dòng)苦味方法的異辛烷試劑消耗減少了5倍

l  可以將苦味質(zhì)分析應(yīng)用與pH，顏色，FAN，SO2等項(xiàng)目結(jié)合一起分析

l  RoboticAccess?軟件，用于儀器控制，數(shù)據(jù)處理，結(jié)果計(jì)算和QC

l  根據(jù)EBC，ASBC，Mebak等標(biāo)準(zhǔn)方法的規(guī)范分析