一项新的研究表明，一种将全氟羧酸进行矿化的新方法【对在相对温和的条件下降解这些在环境中普遍存在的有害污染物方面显示了十分良好的前景；全氟羧酸是最大的全氟烷基和多氟烷基类物质 (PFAS) 之一。从这项研究中获得的基本知识或可在未来用于解决其它类别PFAS的棘手问题。由于其化学稳定性和在环境中的无所不在，PFAS常被称为“永久性化学物质”；PFAS类物质含有数千种化学物质，它们被广泛用于各种消费品及商业和工业产品。近来有越来越多的研究凸显出它们在环境中存在的普遍性和持久性，令它们很容易对饮用水、牲畜和农产品造成污染。这种情况令人担忧，因为与这些污染物的长期接触（即使其浓度很低）也会给健康带来一系列不良影响，其中包括甲状腺疾病、肝损伤和数种癌症。然而，这些分子中的碳-氟键非常强固，令PFAS的降解成为重大挑战。目前所用的各种降解方法需要进行高耗能、昂贵的苛性处理，如在极端高温度下进行焚烧。Brittany Trang和同事推出了一种新的低耗能降解法：用一种由氢氧化钠介导的脱氟途径来分解含羧酸的PFAS（PFCAs）。Trang等人发现，在水和偶极质子惰性溶剂二甲基亚砜（DMSO）的混合物中，该化合物酸基团的脱羧可将PFCAs分解为二氧化碳和活性全氟烷基离子中间体，后者可进一步迅速降解为无害的非有机氟离子。研究结果显示，在这些条件下，全氟辛酸（PFOA）可在相对温和的温度下完全降解，其脱氟率逾9成，且氟碳副产物形成极少。为更好地理解PFCA的矿化机制，作者还用计算分析和实验来评估该过程。Shira Joudan和Rylan Lundgren在相关的《视角》中写道：“Trang等人为这些看似坚固的化合物如何能在意外温和的条件下几乎被完全分解提供了线索。希望Trang等人的重大发现能与在污染环境处有效捕获PFAS相结合，从而为这一永久性化学物质问题提供可能的解决方案。”

据研究人员报告，通过对大豆植物进行生物工程改造以改善光保护调控可在田间试验中将大豆种子产量提高33%；光保护调控是一种自然过程，它使植物能够应对因阳光充足而吸收过量光能所造成的损害。这些发现或可促成一项急需的农作物增产策略以持续性支持全球粮食安全。改善粮食作物的光合作用被认为是一种不必征用更多农业用地而能持续性增加作物产量并缓解迫在眉睫的全球粮食短缺的方式。在阳光充足的情况下，植物可通过一种名为非光化学猝灭（NPQ）的机制将可能有害的过度吸收的光能以热的形式消散。然而，虽然这一过程对保护植物的光合组织免受过多阳光的伤害至关重要，但在天气转为阴暗之后，NPQ机制的松弛过程可能缓慢；在作物冠层内经常发生的充足光照-阴暗频繁转变时，光合效率会显著下降。对大豆而言，NPQ在这些转变过程中的缓慢松弛估计会损失逾11%的每日碳素同化量。用生物工程来加速NPQ的松弛已被证明可提高烟草在田间生长的光合效率和生物质。在先前研究的基础上，为确定该方法是否可应用于主要粮食作物，Amanda De Souza和同事在广泛种植的大豆作物中进行了同样的工程改造；大豆是全球第4大粮食作物和最重要的植物蛋白来源。在得到重复的田间试验中，De Souza等人发现，在波动的光照条件下，这些改良大豆作物中的光合效率增高；在5个独立研究中，改良大豆的产量比未改良大豆增加了33%。而且，尽管大豆产量增加，但大豆种子的蛋白和油含量却保持不变。

据研究人员报告，基于计算、细胞生物学和人体组织的研究将GPNMB确认为帕金森氏病（PD）的风险基因和潜在的治疗靶点。PD是一种使人衰弱的渐进性神经退行性脑病；全球有数百万人罹患此病。该病的诊断通常依赖于病患出现运动控制不良症状，这些症状通常会在疾病进展数十年后才开始出现。因此，不仅迫切需要更好地了解PD的发病机理，而且需要开发一组在出现严重神经退行性变之前就能识别个体罹患PD风险的生物标志物。尽管全基因组关联研究（GWAS）已经确定了80多个导致PD风险的基因位点，但目标基因及其相关的生物学机制仍基本未被探索。迄今为止，与突触核蛋白（aSyn）相关的通路已作为潜在的治疗靶点而被研究；突触核蛋白是定义PD神经病变的主要成分。然而，这些努力尚未取得成果。Maria Diaz Ortiz和同事对7号染色体上的一个PD GWAS风险位点进行了评估，并将其与跨膜蛋白“糖蛋白非转移性黑色素瘤蛋白B”（GPNMB）进行关联。Diaz-Ortiz等人通过使用多种实验方法后发现，GPNMB会与aSyn相互作用，并且在细胞中，GPNMB对于纤维形式aSyn的摄取和随后的aSyn病理发展都是必要和充分的条件。更重要的是，作者发现，在近800名出现早期症状和晚期PD患者的血浆样本中的GPNMB浓度增加，并且该浓度会随疾病阶段的进展而增加。这一发现表明，GPNMB可能是PD进展的一个有价值的生物标志物。Brit Mollenhauer和Christine Von Arnim在一篇《视角》中进一步讨论了这项研究及其发现。

研究人员报告称，微型追踪器显示，为保持其飞行航向不发生偏差，夜间迁徙的天蛾会根据风和其它地形特征不断调整其飞行方向，表明天蛾在其飞行期间会动用某种复杂的体内航行图和/或罗盘机制进行导航。这些发现为昆虫在季节性迁徙期间如何能穿越如此长的距离提供了新见解，表明采用复杂迁徙方式的并不局限于脊椎动物。每年都会有数以万亿计的昆虫（如蝴蝶、蝗虫和飞蛾）会在地球上跨越不同的大陆、山脉、海洋和各种地理环境进行长距离飞行。虽然人们在种群层面对长距离季节性迁徙有着相对较好的了解，但对昆虫个体如何完成这种迁移仍知之甚少。对于夜间迁徙的鳞翅目昆虫（如鬼脸天蛾）尤其如此；鬼脸天蛾可在欧洲和撒哈拉以南非洲之间飞行长达4000公里。鉴于在如此长的距离内追踪体型如此小且夜间飞行昆虫所面临的困难，人们还从未对个体飞蛾的迁徙进行过全程观察。因此，这些生物用来保持远距离直线飞行的能力和行为仍属未知。Myles Menz和同事将微型甚高频（VHF）无线电发射器附着在天蛾的背部并通过飞机对其夜间迁徙飞行进行全程跟踪；他们获得了7只天蛾的详细飞行轨迹。Menz等人发现，飞蛾不仅仅只是沿着有利其的顺风方向飞行；它们还能修正其特定的飞行航向——即使在面对会干扰其飞行的风和地形特征时，它们仍然能维持其朝着预期目的地的直线飞行路径。据作者披露，在风向可变的情况下，在夜间能始终保持直线飞行轨迹和飞行速度强烈提示该飞蛾体内具有罗盘机制。这一特征连同天蛾优异的夜视能力，表明它们可能会联合使用视觉地标和地球磁场以实现长距离迁徙时的导航。 对发展趋势感兴趣的记者请注意，2021年5月发表在《科学》上的一项研究揭示了大苇莺在白天飞越地理障碍时所能达到的高度；该研究报告了一种以前不为人知的候鸟行为，它有可能帮助解释夜间迁徙如何演变。

根据一项新的研究，人类喉部的简化演变（即失去所有非人类灵长动物共有的鸣膜和气囊）能使人类在说话所需的声学复杂性增加。这些发现提示，人类喉部解剖结构复杂性的缺失代表了人类有声语言演化的关键一步。人类发声与其它陆地脊椎动物的发声有着相同的声学和生理原理：来自肺部的空气驱动了喉部声带的振动。然而，人类语言有几个鲜明的特征。我们声带的振动要稳定得多，该振动缺少其它大多数哺乳动物常见的不规则振动和频率的突然转换。这些属性与神经控制增强的结合使人类能够创造出各种各样的声音，从而令说话和口语成为可能。然而，确认导致人类语言的演化适应一直颇为困难。Takeshi Nishimura和同事利用磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）对29个属的44种灵长动物的喉部进行了检查；他们发现，所有非人类灵长动物都有一种在人类中已完全缺失的声膜。在观察灵长类动物发声过程中该膜的活动后，Nishimura等人研发了可比较该膜振动声学效应的解剖结构与语音模型。这种声膜（特别是它在演化后的缺失）导致了人类稳定的口音源，使其能够产生具有人类语音特征的多样化和谐丰富的声音。Harold Gouzoules在一篇相关的《视角》中写道：“令这项研究特别值得注意的是作者断定，人类的喉部异于现存的非人类灵长类动物的喉部，因为人类的喉部随着该膜的缺失而变得更为简单或复杂程度下降。”

一项新的研究表明，对植物根部组织中的基因表达空间模式的合成控制可被用于对其根系生长的各个方面进行“重新编程”。作者写道：“随着气候挑战的加剧和因应新型农业解决方案所需，对植物新属性进行编程的方法最终将变得日益有用。”工程设计能够调节基因表达模式并驱动特定性状发展的基因回路的能力一直是合成生物学的长期目标。例如，这种方法可在植物中以可预测方式改变根系生长，并在干旱期间影响根系获得必要土壤养分和水分的能力。实现这一目标的一种方法是使用合成基因回路：即设计通过转录和转录后调控连接的基因网络。虽然合成基因回路已在各种原核和真核细胞系中实施，但由于产生转基因谱系所需时间很长以及在不同细胞类型中调节回路活性困难，因此在植物中实施该技术一直很难。Jennifer Brophy和同事创建了一组合成转录调节因子，并用这些元件来控制植物拟南芥根部各组织中的基因表达。Brophy等人显示，该方法可用于重新编程植物的根系发育，并能可预测地改变侧根密度，但植物正常生长的其它方面不会受到影响。Simon Alamos和Patrick Shih在一篇相关的《视角》中写道：“Brophy等人所获得的经验教训不仅只是未来在植物中而且也是在其它复杂生物系统中成功实施和转化组合基因回路的关键。这项工作被视为一个完整、充分发育的多细胞生物基因工程的里程碑，它也指出了未来会遭遇的挑战。”

得益于对某个包含了大量物种频繁杂交的蜥蜴研究，科学家们能更好地理解杂交如何以及为何会导致不同的演化结果：如究竟是令某一物种的基因多样性增加，还是创建出一个全新的物种。该研究结果指出，亲代基因组之间的遗传距离是杂交结果的关键预测因子，尤其是由这些蜥蜴的杂交产生新物种的可能性。物种间杂交——这是许多分类群中常见的现象——可以导致多种结果。例如，它可以增加某个物种内的基因多样性或创建出全新的物种。在蜥蜴中，杂交可以导致从有性生殖到单性生殖的转变。然而，歧化谱系之间的杂交何时及为何会导致这些不同的结果仍属未知。为了更好地理解这些问题，Anthony Barley和同事用北美鞭尾蜥蜴作为评估杂交后可能有的演化后果的模型系统；鞭尾蜥蜴是脊椎动物中包含最高单性谱系多样性的一个属。Barley等人用系统发育网络法来调查哪些有性繁殖物种是杂交单性世系的亲本祖先。结果显示，只有在该蜥蜴亲代基因组之间的遗传距离超过一定水平时（即当物种间的歧化时间超过约1000万年时），杂交才会产生单性蜥蜴。作者说：“这些结果可区分之前未经测试的杂交模型，表明演化结果是可预测的。”

一项基于非洲的新研究揭示了隐藏的野生狒狒中不利种间杂交繁殖的选择，其方式与对原始人类的描述极为相似。这些基于耦合的基因组和长期现场数据的研究结果凸显了用其它现有灵长类动物作为理解人类演化模型所起的关键作用，特别是对于那些仅在我们的谱系中不可能进行研究的现象。基因混合被广泛认为是灵长类演化的核心。众所周知，现代人类的祖先与尼安德特人和其他现已灭绝的人属近亲世系发生混杂，从而留下了塑造当今人类变异及我们目前有关人类起源概念的基因遗产。尽管之前的研究表明，对杂交个体的选择会对人族杂交产生不利影响，但对这样的假设进行检验仍然很困难。然而，在我们的许多灵长类近亲中都观察到杂交现象，表明其他现有的灵长动物可为理解我们自身谱系中的基因混合现象提供背景脉络。为了研究野生灵长动物中的基因混合现象，Tauras Vilgalys对肯尼亚安博塞利（Amboseli）地区的黄狒狒和阿努比斯狒狒（它们是人类遗传学研究的两种常见的灵长类模型）之间的杂交进行了研究。Vilgalys等人将50年来对种群动态和种群统计学的实地观察数据与大约9个世代的杂交狒狒的基因组数据相结合。虽然野外的行为和生活史数据表明，杂交狒狒没有明显的健康代价，但基因组分析揭示了不利基因混合选择的对比证据，后者与原始人类中的结果一致。这些发现或可帮助解释灵长类物种在面对频繁的物种间基因流动时如何维持物种分化。然而，Vilgalys等人指出，不利混血杂交的选择模式仍不清楚，这是未来研究需要解决的一个重要问题。