不用年年插秧？中国发现水稻“长寿”基因，种一次能活好几年！

01

关键基因或能让水稻“秋收”不再需要“春种”

想象一下，如果农民无需每年弯腰插秧，只需种下一次，水稻就能像果树般年年生长、岁岁丰收，那会怎样？这听上去像农业神话，但中国科学家的一项最新突破，正将这个梦想照进现实。

水稻是全球最重要的主粮之一，养活了全球一半以上的人口。然而，我们碗中晶莹的米饭，几乎都来自一年生水稻。它们在完成一次开花结穗后，便会逐渐走向死亡。因此，农民必须年复一年地重复播种、插秧，耗费巨大的劳动力、种子和土地整理成本。

然而，在野外，许多水稻的祖先其实是多年生植物，根系留存下来就能反复发芽，“一岁一枯荣，春风吹又生”。

是什么赋予了野生稻这种长寿的禀赋？又是什么让栽培稻失去了这种能力？为了破解这个谜题，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的研究团队扮演起了植物侦探。他们仔细排查了446种野生稻，寻找那些关乎长生不老的线索，比如从茎部萌发新芽的能力，以及在结穗后，能将花部器官重新变回绿叶枝条的神奇特性。

研究团队采用了一种名为遗传定位的策略。他们将现代一年生栽培稻与野生多年生稻杂交，再将后代反复与栽培稻回交。这个过程就像在混水中反复过滤杂质，最终，筛选出那些继承了多年生特性的植株。尽管它们外表看起来和普通栽培稻无异，但却能在开花后继续萌发新枝。

科学家顺藤摸瓜，最终锁定了一个名为无限分蘖基因1（EBT1）的关键基因组区域。这个区域好比一个总控开关，包含两个名为miR156B和miR156C两个微RNA（miRNA）。通过基因编辑技术发现，在野生稻中关闭这一基因组区域，无限长生特性便随之消失；而将其导入栽培稻，则能奇迹般地重置水稻的生命周期，让一次播种能得到多次收获。

这项发表于《科学》杂志封面的研究，不仅首次精准揭示了禾本科植物多年生习性的遗传开关，更描绘了一幅可持续农业的未来图景。想象一下，未来农民或许只需种植一次“多年生稻”，便可连续收获数季。或许在不远的将来，这一发现将为我们开启一个全新的农业时代。

MIR156BC的重置介导了水稻从一年生向营养生长型多年生的转变（图片来源：中国科学院）

课代表总结：利好太空旅行和月球定居！

参考文献：

Bingxin Dai et al. ,Resetting of a tandem microRNA156 enables vegetative perennial growth in rice.Science391,1239-1245(2026).DOI:10.1126/science.adv2188

02

为什么有的苍蝇比人还抗冻？

许多人都知道，动物分为冷血动物和温血动物两种，像哺乳类和鸟类这样的能够主动控制体温的生物，通常被称为温血动物；而像无脊椎动物、鱼类和爬行类这样的冷血动物则无法控制自己的体温。冬天来临时，他们要么冬眠（例如蛇），要么干脆死掉（多数昆虫），用卵或蛹的形态渡过冬天。

然而，在冰天雪地中，有一种没有翅膀的小昆虫，却还在坚持生活、觅食和繁衍。这就是雪蝇（Chionea alexandriana）。

最新研究发现，这种活跃在冰雪表面的昆虫，掌握着一套令人惊叹的生存组合技，重新定义了生命对抗寒冷的极限。最近，美国西北大学和隆德大学的科学家们揭开了它们的秘密。

原来，雪蝇不仅能像北极鱼类一样，制造抗冻蛋白，还能像哺乳动物那样，为自己创造热量，堪称是动物界的奇迹。

首先，科学家对雪蝇进行了基因测序，结果发现它的许多基因在现有数据库中都找不到匹配项。深入分析表明，这些独特基因编码的正是高效的抗冻蛋白。这些抗冻蛋白能迅速结合到刚刚形成的微小冰晶上，阻止其生长壮大，从而保护细胞内部不受冰刃的破坏。

更令人称奇的是，雪蝇并非只是被动地防御低温。研究团队在它们的基因组中，发现了与产热相关的基因线索，这暗示雪蝇拥有一种罕见的主动产热能力。进一步的实验证实，在温度降至冰点以下时，雪蝇的体温总能比环境高出那么关键的几度。这种热量并非来自蜜蜂那样的颤抖产热，而更可能源自细胞内部的能量燃烧，类似于哺乳动物棕色脂肪的产热原理。也就是说，它们的每个细胞都成了微型的供暖器。在生死一线间，这额外的少许温暖，或许就为它们争取到了逃往安全地带的时间。

此外，雪蝇对低温痛苦的感知也极为迟钝。在绝大多数动物中，极端低温会激发细胞产生刺激性分子，触发强烈的痛觉信号以警示危险。但雪蝇体内一个关键的刺激感应蛋白，其敏感度只有蚊子和果蝇的三十分之一。这意味着，以让其他生物痛苦难耐的寒冷应激信号，在雪蝇这里被大幅静音了，使它们能更从容地应对极端环境。

这项研究将雪蝇推向了极端环境适应研究的前沿。这些策略不仅让我们惊叹于生命的坚韧与创造力，也为未来保护细胞、组织乃至特殊材料免受低温损伤，提供了崭新的灵感源泉。

雪蝇在冰上健步如飞（图片来源：Håkan Söderholm）

课代表总结：成功填补了冬天没有苍蝇的空白！

参考文献：

Matthew Capek, Richard Suhendra, Zhenzhen Yang, Arina D. Omer, David Weisz, Olga Dudchenko, John C. Tuthill, Erez Lieberman Aiden, William L. Kath, Alessia Para, Marcus Stensmyr, Marco Gallio. Coordinated molecular and physiological adaptations enable activity at sub-freezing temperatures in the snow fly Chionea alexandriana. Current Biology, 2026; DOI: 10.1016/j.cub.2026.02.060

03

海底的印象派画家：海蛞蝓

在温暖浅海的海底花园中，生活着一群被称为海蛞蝓的生物。它们身披令人目眩的蓝、黄、红、紫，花纹繁复如艺术杰作。长久以来，生物学家认为这身华服源自化学色素，就像我们日常使用的颜料和染料。但一项新研究揭开了更令人惊叹的真相：海蛞蝓的色彩，源于光与纳米结构的魔法。

这种利用光学规律而不是化学物质来呈现颜色的方法，被称为结构色。海蛞蝓的皮肤细胞中充斥着由鸟嘌呤所构成的纳米晶体。这些鸟嘌呤分子有序排列，形成具有周期性的纳米光学结构。当光线照射到这些结构上时，会因为晶体结构的尺度与光波长相当，发生干涉、衍射，从而反射出特定颜色的光。这原理与变色龙变换肤色、蝴蝶翅膀闪烁炫彩的机制如出一辙。

研究指出，仅凭鸟嘌呤这一种材料，通过精密调控纳米晶体的结构，就能衍生出万千色彩，堪称自然界的极简美学与高效工程。

然而，海蛞蝓的色彩还有一个独特之处，那便是其柔和的哑光质感。这与我们常见的、拥有金属闪烁光泽的结构色（如孔雀羽毛）大相径庭，奥秘在于它们的色彩应用方式。显微镜下，科学家发现海蛞蝓的色彩是由无数微观色点组成的，每个色点都是一个独立的纳米结构像素，这些像素内的鸟嘌呤晶体取向各异，将同一颜色的光线散射向不同方向。于是整体看来，色彩便失去了强烈的方向性闪耀，呈现出均匀柔和的哑光效果，这完美解释了其外表为何曾被误认为由色素所致。

这种像素化的呈色方式，带来了无与伦比的色彩灵活性。一方面，海蛞蝓可以通过改变单个像素点内晶体的物理参数，来精确生成某种颜色。另一方面，它们又像印象派大师莫奈，或是一台微缩的电视屏幕，将不同颜色的像素点并置排列。在观者的眼中，这些紧密相邻的色点会在远处混合，形成新的色彩感知，例如用红色和蓝色的像素点混合出紫色。这种基于空间混合的色彩生成策略，极大地丰富了它们的色库。

这项发现超越了生物学本身。海蛞蝓展示了一种用单一生物兼容材料，通过物理结构而非复杂的化学合成来产生丰富、耐用且环保色彩的非凡策略。这为材料科学家提供了崭新的灵感：未来，我们或许能模仿这种原理，开发出更可持续、无毒的结构色颜料，应用于纺织、涂料乃至显示技术，让人类的造物也能拥有如海底精灵般生动又环保的色彩。

海蛞蝓的颜色（图片来源：Samuel Humphrey）

课代表总结：居然还有两个小角哈哈哈哈，还挺可爱的嘞！

参考文献：

S. Humphrey,X. He,T. Priemel,V.M. Titze,S. Perea-Puente,V. Subramanian,C. Bouchet-Marquis,B. Jesus, & S. Vignolini,  Nudibranch color diversity shares a common physical basis in guanine photonic structure ‘pixels’, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (12) e2525419123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525419123 (2026).

04

河狸帮助人类封存二氧化碳

一项最新国际研究揭示，河狸正以其独特的水坝工程，悄然成为应对气候变化的一位自然盟友。

这项由伯明翰大学、瓦赫宁根大学和伯尔尼大学等机构合作的研究，首次对一片受河狸活动影响超过十年的湿地，进行了全面的二氧化碳收支测算。研究人员发现，这些被河狸改造过的湿地，其碳储存速率最高可达类似无河狸区域的十倍。在十三年的时间里，研究地点累计储存了约1194吨碳，相当于每年每公顷封存10.1吨二氧化碳。

河狸的影响力始于它们的水坝。当河狸用树枝和泥土阻断溪流，便会淹没周边区域，形成新的湿地，并改变地下水流。这一过程如同为高速流动的碳元素设置了减速带。河水携带的有机和无机颗粒物，以及溶解在水中的二氧化碳，在水坝后方减缓流速，纷纷沉降下来。

研究团队通过综合水文测量、化学分析、沉积物取样和温室气体监测，绘制出欧洲首幅清晰的河狸湿地碳收支图谱。结果显示，这片湿地整体上是一个净碳汇，平均每年可储存98.3吨碳。大量溶解在水里的二氧化碳在水流减速后，与无机物结合沉淀到了水下。

当然，这一系统也存在季节性波动。夏季水位下降，更多沉积物暴露，会导致二氧化碳排放暂时超过吸收，使湿地短期内成为碳源。但纵观全年，沉积物、植物残体和枯木的不断堆积，带来了显著的净碳储存。更令人惊喜的是，湿地通常令人担忧的甲烷排放量极低，不足总碳预算的百分之零点一。

这些被储存下来的碳能被长期锁定。河狸湿地中的沉积物，其无机碳和有机碳含量分别可达附近森林土壤的十四倍和八倍。而来自河岸森林的枯木，几乎贡献了长期储存碳量的一半。只要水坝持续存在，这些碳就有望被封存数十年之久。

伯明翰大学的乔舒亚·拉森博士指出，河狸不仅改变了地貌，更从根本上扭转了二氧化碳在其中的流动方式。它们通过减缓水流、截留沉积物和扩展湿地，将溪流变成了强大的碳汇。这项开创性研究，为未来基于自然的欧洲气候解决方案提供了重要机遇。

研究的现实意义更为直观。当科学家将结论推广至瑞士所有适合河狸重新栖居的洪泛区时，估算显示，这些湿地每年可抵消该国百分之一点二到一点八的碳排放。最关键的是，这一气候效益源自自然的自我运作，无需人类直接干预或额外成本。

忙碌的河狸工程师 （图片来源：scidaily）

课代表总结：听我说谢谢你，因为有你……冷却了四季？

参考文献：

Lukas Hallberg, Annegret Larsen, Natalie Ceperley, Raphael d’Epagnier, Tom F. Brouwers, Bettina Schaefli, Sarah Thurnheer, Josep Barba, Christof Angst, Matthew Dennis, Joshua R. Larsen. Beavers can convert stream corridors to persistent carbon sinks. Communications Earth, 2026; 7 (1) DOI: 10.1038/s43247-026-03283-8

05

科学家揭示为什么晚上比白天疼痛会加剧

许多疼痛患者都有这样的体会：白天疼痛相对轻微，可一到夜深人静，疼痛会明显加剧，让人备受煎熬。疼痛为何会呈现出如此显著的昼夜波动？其背后的神经机制一直尚未被完全阐明。

近日，中国科学技术大学团队揭示了大脑中一条长程神经环路。这条环路连接了下丘脑中控制生物钟的关键脑区与调节疼痛感知的区域，并能够调控脊髓中疼痛上行传导神经元的活动。同时，团队发现这一环路上多个脑区的神经元活性均表现出显著的昼夜差异。正是这一独特的节律性活动编码模式，赋予了机体疼痛感知的昼夜波动特征。

神经病理性疼痛或关节炎疼痛患者，常常会出现疼痛症状在夜间明显加剧的现象。因此，研究人员以神经病理性疼痛和炎性疼痛模型小鼠为研究对象，检测它们36小时内的疼痛敏感度变化。

结果发现，作为夜行性动物，小鼠在白天（休息期）对疼痛更敏感，这个规律正好对应人类在夜晚（休息期）疼痛感加剧的现象，证明“白天黑夜两副面孔”的疼痛，是生物界普遍存在的规律。

在大脑中，有一个位于下丘脑的名为视交叉上核的重要脑区，它扮演着哺乳动物体内“主生物钟”的角色，管理睡眠、体温及激素分泌等重要生理过程的节律。疼痛是否与这个生物钟有关？研究人员对视交叉上核投射的下游神经通路展开了探索。

研究团队利用先进的病毒示踪技术，成功追踪到一条从下丘脑生物钟通往脊髓的疼痛调控神经环路。分析显示，脊髓中的上行传导神经元会将痛觉信号进一步传回大脑，这也是机体产生疼痛感知的关键环节。

在找到与疼痛相关的“环路”后，研究人员利用多种方式检测神经元的昼夜活动规律，发现“环路”上的神经元在白天和夜晚的活跃程度截然不同，有的在白天更加兴奋，有的则在晚上更为活跃。

研究人员进一步利用调控手段，在不同时间人为激活或抑制这些神经元的活动。结果发现，疼痛模型小鼠的疼痛敏感性会随之发生改变，其原本存在的疼痛昼夜差异也随之消失，证实正是这条神经环路的节律性活动，导致了疼痛感知的昼夜波动。

至此，研究团队揭示了一条由下丘脑生物钟，调控下行镇痛系统的神经环路。该神经环路的昼夜活动差异，介导了疼痛敏感性昼夜节律的产生。这条“环路”就像一条“指令专线”：生物钟根据昼夜节律发出指令，通过下行镇痛系统调节脊髓的“痛觉音量”，最终决定人们感知到的疼痛强度。

对于夜间疼痛加剧的患者而言，这一成果不仅揭示了大脑昼夜节律系统如何调控疼痛、驱动疼痛感知的机制，也为临床上优化疼痛治疗方案、完善时间疗法模式提供了全新的理论依据。未来，疼痛管理或可以达到“精准控痛”的效果。

相关研究成果发表在《科学》上。

疼痛的神经回路机制（图片来源：AI生成）

课代表总结：晚上越疼越睡不着，越睡不着就越烦，越烦就越疼

参考文献：

Hong-Rui Wei et al. ,Hypothalamic clock governs circadian pain.Science391,eady6455(2026).DOI:10.1126/science.ady6455

作者简介

牧心，科普作者。