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自然要览2010年7月1日-2010年9月9日出版

2010-09-10
自然要览
自然要览2010年7月1日-2010年9月9日出版
英国Nature杂志出版2010年7月1日-2010年9月9日

[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年7月1日出版)

封面故事:最早的多细胞生命形式
Large colonial organisms with coordinated growth in oxygenated environments 2.1?Gyr ago
西非加蓬弗朗斯维尔附近黑色页岩内一大化石层中一系列保存完好的厘米尺度的化石,让我们能有机会一瞥也许是迄今所发现的最早的多细胞生命形式。关于中元古代(距今16亿-10亿年前)之前多细胞生物的证据很稀少、有争议。这些新发现来自距今21亿年前的沉积物,是在大气氧浓度上升后不久,在被称为“寒武纪爆炸”的多细胞生命形式迅速扩大之前约15亿年。这些化石大小和形状各不相同,是具有很好结构的软体生物的残留物,其中一些有褶皱,说明它们可能具有柔性的层状结构。它们的形状和规则的质地反映了其组织的多细胞程度。这些化石可能代表着目前所报道的关于在大生物尺度上细胞-细胞信号作用及协调的生长行为的最早证据。本期封面所示为用显微断层摄影成像方式所显示出的一个大化石(macrofossil)标本的结构。(Letter p. 100; News & Views)


造成冰期/间冰期气候变化的因素(Glacial cycles tracked)
The polar ocean and glacial cycles in atmospheric CO2 concentration
过去250万年冰期和间冰期之间的振荡可能是由轨道变化触发的,但所观察到的这些气候周期的幅度和时机仍然有待一个全面的解释。一个引人注目的关联性将CO2的较低分压(或浓度)与冰期联系了起来:CO2浓度的变化可能引起一定的冰期变冷,但什么引起CO2丢失的却不知道。Daniel Sigman、Mathis Hain 和Gerald Haug对支持以下假设的证据进行了综述:南大洋是推动CO2分压在冰期/间冰期发生这些变化的一个重要推动因素。(Review p. 47)


LCLS装置第一个实验结果发表(First strike from the LCLS)
Femtosecond electronic response of atoms to ultra-intense X-rays
世界第一个不含X-射线的电子激光器——位于美国加州门洛帕克“SLAC国家加速器实验室”的“线性加速器相干光源”(LCLS)——去年上线。它为原子层面的研究工作开启了一个新纪元,也让人们看到了复杂纳米结构(如生物分子)的单次激发成像研究工作的前景。在LCLS上完成的第一批用户实验之一的结果发表在了本期Nature上。这个新装置以不到1.5纳米的波长产生高强度X-射线的超短(飞秒)脉冲。该实验研究的是自由氖原子对这种辐射的电子响应。在一个X-射线脉冲期间,这些原子依次弹射出它们全部10个电子,产生电子完全被剥离的氖原子,即对X-射线来说是透明的“空洞”原子。本文作者利用一个直截了当的模型对观测结果及其背后的电子剥离机制做了解释,该模型也很适合对X-射线与更复杂体系的相互作用做进一步研究。(Article p. 56; News & Views)


病理性心脏肥大的发病机制(Too young at heart)
Chromatin regulation by Brg1 underlies heart muscle development and disease
在病理性心脏肥大中,心脏获得更多肌肉组织,但却不能获得更多供血能力。成年的、阿尔法形式的ATP酶分子发动机肌浆球蛋白重链的表达减少,胎儿的、贝塔形式的表达增加。这种改变了的平衡损害心脏功能,会导致心脏衰竭。Hang等人确定了调控这种表达切换的机制。用小鼠所做实验表明,当成年心脏受到压力时,将心肌细胞维持在一种胚胎分化状态的机制(由发育染色质修饰复合物Brg1/BAF调控)被重新激发,心肌细胞回归到胎儿形式。在患有肥大型心肌病的人类患者中,Brg1水平与疾病严重程度相关,与肌浆球蛋白重链的变化相关,说明这种后生发育调控因子在人类疾病中扮演一个角色。(Article p. 62)


细菌mRNA转录后的扩散(Bacterial organization)
Spatial organization of the flow of genetic information in bacteria
由于在细菌被膜封闭的腔室中没有进行区隔,因此难以确定成熟信使RNA(mRNA)是怎样在细胞内分布的。Llopis等人利用荧光实验(这种实验很难做,因为细菌太小)来跟踪转录后mRNA的扩散。他们发现,出人意料的是,新转录的mRNA所表现出的扩散很有限。他们猜测,堆积的染色体材料可能自己充当了一个区隔,来将转录与 mRNA降解分开。(Article p. 77)


Ia-型超新星的“标准”地位得以保持(Type Ia supernovae: maintaining the standard)
An asymmetric explosion as the origin of spectral evolution diversity in type Ia supernovae
Ia-型超新星作为宇宙“标准烛光”的地位主要来自(或部分依赖于)这样一个假设:它们彼此非常相似并形成统一的一类天体。然而最近,人们观测到了Ia-型超新星之间的差别。Maeda等人提出一个新模型,该模型将最近的理论和观测数据都考虑了进去,并且将所观测到的光谱多样性解释为随机方向所产生的一个后果——人们在理论上所提出的一个非对称爆炸就是从这些方向来观测的。在这个基础上,光谱演化多样性在继续将Ia-型超新星用作“标准烛光”方面已不再是一个问题。(Letter p. 82; News & Views)


电子隧道效应引起的振动(Tunnelling electrons pack a punch)
A macroscopic mechanical resonator driven by mesoscopic electrical back-action
当电子或光子被用来检测一个机械谐振器的运动时,它们每个都会在该谐振器上施加一个微小的力,从而微妙地改变其运动。这种“反作用”是可以观察到的,例如在碳纳米管谐振器中,单个电子被发现影响纳米管的机械运动。Stettenheim等人报告了这一现象的一个甚至更为令人震惊的例子,在其中,通过一个半导体量子器件的电子隧道效应被发现引起主晶体的振动,这种振动相对于电子来说是巨大的。本文作者认为,这种效应就相当于一只跳蚤引起珠穆朗玛峰发生尺度达到一米的振动。(Letter p. 86)


抹香鲸曾经是满嘴长牙的杀手(Sperm whales with the killer instinct)
The giant bite of a new raptorial sperm whale from the Miocene epoch of Peru
现代抹香鲸的嘴在所有四足动物中是最大的,但它们的牙齿相对较小,仅限于下颚,并且它们是以吸的方式进食的。然而,化石记录中大牙齿的发现却表明,捕食性抹香鲸曾经是存在的,其习惯与今天的逆戟鲸相似,但要大得多。现在这一点得到了证明:研究人员在秘鲁中新世地层中发现了一个捕食性抹香鲸的化石牙齿和颌骨,这头抹香鲸几乎与现代抹香鲸一样大,但却有一个三米长的头和长满牙齿的颌骨。这种动物很可能能够以与现代逆戟鲸相似的方式捕食大型海洋脊椎动物,也许在距今1200万年前中等大小的须鲸数量很多。(Letter p. 105)


有机作物的物种均匀度(Even break for organic crops)
Organic agriculture promotes evenness and natural pest control
物种数量(丰富度)下降有害于生态系统,而保护工作则基本上以保护或恢复特定稀有物种为重点。然而,物种相对风度(均匀度)之间更大的差别也可能对生态有害,而这种状况只能通过同时改变很多物种的密度来逆转。对以传统方式管理的有机土豆地所做的一项新的调查表明,物种均匀度在有机管理方式下更大。在一项田间试验中,研究人员对这些层次的均匀度进行复制,其结果表明,有机地里所发现的天敌的均匀度可以促进害虫控制和增加作物生物质。在有机作物中,很多有益物种(吃害虫的物种)同样普遍,对土豆来说这样会导致害虫更少、植株更大。(Letter p. 109; News & Views)


斑秃的几个易感位点(Alopecia areata genetics)
Genome-wide association study in alopecia areata implicates both innate and adaptive immunity
斑秃是一种常见自体免疫疾病,因毛囊“免疫豁免”的丧失而引起毁容性脱发。这种病的遗传基础基本不清楚。现在,对这一病症所做的全基因组关联研究识别出了斑秃的几个易感位点,其中大多数聚集在8个基因组区域。受影响的基因活动谱表明,这种状况获得性和先天性免疫可能都涉及其中。比较重要的关联包括编码天然杀手细胞受体NKG2D的激发配体的ULBP基因,它们以前没有被与自体免疫疾病联系起来。(Letter p. 113)


雄性老鼠眼泪中的性信息素(Driven to tears)
The male mouse pheromone ESP1 enhances female sexual receptive behaviour through a specific vomeronasal receptor
信息素和“犁鼻器”对它们的检测已知主管小鼠的社会行为,但很少有化学信号被与特定行为反应联系起来。现在,Haga等人发现,雄性眼泪中分泌的ESP1肽使得雌性愿意接受交配,并且还识别出了它的“犁鼻器”受体(V2Rp5)及在行为反应中被激发的性别特异性神经通道。这样的“标记线”逻辑是否能够延伸到其他哺乳动物生殖行为的调控仍然不清楚。(Letter p. 118)

[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年7月15日出版)

封面故事:猴与人的分化
New Oligocene primate from Saudi Arabia and the divergence of apes and Old
World monkeys
灵长类的化石记录很稀少,仍然存在实质性的缺口。其中一个缺口是“旧世界”的猴子
与“新世界”高等灵长类内的类人猿和人类的分化。这种分化以前仅限于“非洲-阿拉
伯大陆”的渐新世,但在沙特西北一个新的、处在进化树根部的狭鼻猿的发现缩小了这
个缺口。沙特发现的这个材料来自距今约2800万年前的渐新世中期,它的狭鼻猿分化特
征非常少,说明“旧世界”的猴子与“新世界”的类人猿之间的分化发生在那个时期之
后。本期封面所示为头盖骨的前部,其犬齿和上颚宽臼齿都在原处。头盖骨的大小表明
这是一个中等大小的灵长类,体重在15公斤和20公斤之间。(Letter p. 360)封面图
片提供:美国密执安大学Daniel Erickson/Bonnie Miljour。


tRNA在蛋白合成过程中的运动(The ribosome in motion)
Ribosome dynamics and tRNA movement by time-resolved electron cryomicroscopy
在蛋白合成过程中,转移核糖核酸(转移RNA,即tRNA)在其所附着的氨基酸被转移到
生长中的肽链之上时,依次通过核糖体的A点、P点和E点。大尺度的构形运动伴随着它
们的转位。Holger Stark及其同事对核糖体数量惊人的190万幅“单颗粒”冷电子显微
图像进行了处理,以观察这些动态变化。他们得出结论说,构形变化是由热驱动的,或
者说是“布朗运动”,所发生的变化引起tNRA在一个狭窄路径上穿过核糖体做定向运
动。(Article p. 329; News & Views)


肠道“病毒组”的变化(Variations in the gut virome)
Viruses in the faecal microbiota of monozygotic twins and their mothers
人肠道微生物群的微生物组成成分最近一直是很多研究工作所关注的焦点。现在,这个
问题以第一种病毒宏基因组(亦称元基因组或环境基因组)的形式又增添了一层复杂
性。这种病毒宏基因组是从四组同卵双胞胎及其母亲的粪便样品中分离出的病毒样颗粒
中确定的。以前的一项研究表明,双胞胎与他们的母亲在其粪便细菌群落中所具有的相
似程度显著大于不相关个体之间的相似程度。相比之下,“病毒组”被发现对个体来说
是独特的,与它们的遗传相关性程度无关。然而,在每个个体中,在这项研究为期一年
的时间中,“病毒组”几乎没有发生变化。(Article p. 334)


大质量恒星周围的吸积盘(High-mass stars on disk)
A hot compact dust disk around a massive young stellar object
关于大质量恒星生命周期的关键方面仍然不清楚,尤其是在早期演化阶段。例如,关于
大质量恒星是否是与低质量和中等质量的恒星以相同方式通过盘吸积形成的、以及如果
是这样的话那么这些盘的结构是否将与低质量恒星的盘有所不同仍然存在争论。现在,
来自ESO的“甚大望远镜干涉仪”的新的观测结果显示,在一个大质量年轻星体“原恒
星IRAS 13481–6124”周围有一个热的致密盘。该图像显示了一个长形的结构,大小约
为13×19个天文单位,这与在45度倾角所看到的一个盘是一致的,其性质在定性上和定
量上都与在低质量恒星形成过程中所观测到的盘相似。(Letter p. 339)


钻石在地球上的分布(Diamond distribution)
Diamonds sampled by plumes from the core–mantle boundary
钻石的形成发生在地球地幔中深度超过150公里处的高压条件下。钻石是在由被称为
“金伯利岩”的火山岩组成的垂直管状结构中来到地面的。迄今为止,人们已经绘出了
几千个这样的“金伯利岩”管道,但研究工作一直集中在非常古老的“克拉通”上,即
具有最古老陆壳的地方,因为最具有经济可行性的钻石就是在这种地方发现的。Trond
Torsvik及其同事利用对过去5.40亿年的一个板块重建结果来确定这些“克拉通”相对
于深处地幔在“金伯利岩”喷发时的位置。“金伯利岩”被发现与地幔最深处大尺度异
质性的边缘相关,本文作者们推断这些地方是地核-地幔边界区,那里岩浆上涌产生了
地幔柱,“金伯利岩”就是在这些地幔柱中形成的。这些地幔柱在过去5.40亿年几乎控
制了所喷发的所有“金伯利岩”的分布。(Letter p. 352)


自然保护工作的选择性(Conservation: where to save)
Replacing underperforming protected areas achieves better conservation
outcomes
有人提出,表现差的保护区应当失去其保护地位,所节省的资金应用到效果好的其他地
方。这种观点不易被保护工作者和地方游说团体所接受。但根据对澳大利亚近7,000个
保护区的表现所做的一项研究,从长期来看这种观点可能是最好的政策。大约70个被取
消资格的保护区(所评估土地的单位价值产生的保护价值最低的保护区)的出售,可能
获得大约210亿澳元(约177亿美元)的资金。如果这些钱然后再重新投入到生物多样性
保护策略更可能获得成功的保护区,将有可能以同样支出获得更大程度的保护。随着全
世界保护区的新投资额持续下降,本文作者们提出,面对破坏植被行为的泛滥猖獗,保
留那些最有价值、最有生产力的区域比以往任何时候都显得更为重要。(Letter p.
365; News & Views)


自闭症的遗传因素(The genetics of autism)
Functional impact of global rare copy number variation in autism spectrum
disorders
“自闭症候群”(ASDs)是一类症候,其典型特征是重复性行为、严重受限的兴趣以及社
交和沟通有困难。ASD具有高度遗传性,然而造成这种病症的遗传决定因素在很大程度
上仍然不清楚。一项全基因组分析显示,ASD患者所携带的“罕见版本号变异体”
(CNVs,即版本号在不同基因组之间有所不同的DNA片段)较多,这种情况要么是遗传
的,要么是后天形成的。这些分析结果表明,几个新基因可能是ASD的候选基因,同时
也指出了细胞增殖、投射(projection)和运动以及特定信号作用通道在这种病症中的
重要性。(Letter p. 368)


“盲视”的视觉通道(The blindsight pathway)
Blindsight depends on the lateral geniculate nucleus
“初级视皮层”(V1)对视力非常关键,但近40年前人们注意到,很有意思的是,V1受伤
的患者仍能指出或避开视觉刺激,尽管他们并没有意识到这些刺激的存在。人们早就认
为,这种“盲视”依赖于能够绕过从“外侧膝状体核”(LGN) 到V1的通常路径的视觉通
道。通过将永久性和可逆性病灶结合起来,同时采用行为测试和对猕猴的多个视觉区域
进行fMRI测绘,Schmid等人发现,LGN本身是“替代通道”中的一个关键环节。在V1受
损动物中,LGN失活会废止高等视觉区域的视觉检测和fMRI激发,说明直接LGN投射不仅
存在于“盲视”中,而且在视力正常期间也是快速检测的一个可行的二级通道。
(Letter p. 373)


身体轴线的形成次序及其机制(Body line decisions)
Planar cell polarity breaks bilateral symmetry by controlling ciliary
positioning
动物的三个身体轴是在发育过程中依次形成的——先是前-后轴和背-腹轴,然后是左-
右非对称性,但后者是怎样源自前者的却不清楚。现在,Yingzi Yang及其同事发现,
属于“planar cell polarity”家族的两个小鼠基因(Vangl1 和 Vangl2) 是纤毛在身
体后部沉积所必需的,后者又决定穿过后部脊索的左向“节流动”。这项工作表明,平
面细胞极性是一个在演化过程中保留下来的机制,它传输预先确定的前-后位置信息,
并将其转换成胚胎中第一个打破侧向对称的事件。(Letter p. 378)


甲基化可以延长寿命(Methylation adds to lifespan)
Members of the H3K4 trimethylation complex regulate lifespan in a
germline-dependent manner in C. elegans
Sir2家族的基因已知通过对组蛋白脱乙酰作用的一个效应来影响酵母、线虫和其他生物
的寿命。这便提出一个问题:其他组蛋白修饰是否也影响寿命?Greer等人发现,组蛋
白甲基化调控线虫的寿命。被称为“ASH-2复合物”的一个保守的染色质蛋白复合物
(该复合物在赖氨酸-4(H3K4)处使组蛋白H3发生“三甲基化”)的构成成分的缺失都会
延长线虫寿命。相反,H3K4脱甲基酶rbr-2是维持正常寿命所必需的,这与认为过多的
H3K4“三甲基化”缩短寿命的观点是一致的。这种寿命延长要求一个完好的成年生殖细
胞系的存在以及成熟卵的持续产生,这说明体细胞的寿命是由生殖细胞中一个H3K4甲基
转移酶/脱甲基酶复合物调控的。(Letter p. 383)


植物核小体定位的全基因组分析(Plant nucleosome positioning)
Relationship between nucleosome positioning and DNA methylation
在植物拟南芥中对核小体(组织和控制对基因组DNA之接触的核蛋白分子)的定位所做
的一项全基因组分析,再加上单碱基分辨率的DNA甲基化分布图,显示了与核小体结合
的DNA的“DNA甲基化状态”中的10-碱基周期性。这些结果表明,核小体位置影响基因
组中的DNA甲基化模式,DNA甲基转移酶优先以与核小体结合的DNA为目标。相似趋势过
去也在人的核小体DNA中观察到,说明核小体与DNA甲基转移酶之间的关系是保守的。
(Letter p. 388)
[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年7月22日出版)

封面故事:气候变化对动物种群的影响
Coupled dynamics of body mass and population growth in response to environmental change
气候变化影响植物和动物生命中定期发生的事件,如发芽、迁徙和冬眠以及种群动态和形态变化。同时对所有这些相互作用的因素进行监测是困难的,但对一种冬眠型哺乳动物(美国科罗拉多州Upper East River Valley一个亚高山环境中的一种黄腹土拨鼠种群)所做的一项长期生命史研究,提供了适合于完成这项任务的数据。1976–2008年间的气候变化使这些土拨鼠过早从冬眠中苏醒过来,延长了它们的生长季,所以它们现在要比其开始冬眠时重一些。与此同时,体型较大个体的适应性也增加了,导致种群规模迅速增大。正如Marcel Visser在配发的News & Views文章中所解释的那样,气候变化生态学中的主要挑战是预测未来气候变化对于种群的影响。关于土拨鼠的这项研究工作提供了实现这一目的所需的数据。本期封面所示为冬天在落基山脉拍摄的黄腹土拨鼠照片。(Letter p. 482; News & Views)(Mary Plage/ Photolibrary)


可以降血糖的新药物(Novel antidiabetics)
Anti-diabetic drugs inhibit obesity-linked phosphorylation of PPARγ by Cdk5
“噻唑烷二酮”类降糖药物如“罗西格列酮”和“匹格列酮”已知通过核受体PPARγ发挥作用,但它们胰岛素敏化效应之机制的某些方面仍然是个谜。现在,Choi等人报告,PPARγ 被Cdk5的磷酸化与小鼠由高脂肪饮食所诱导的肥胖有关。几种可以降血糖的PPARγ配体直接抑制Cdk5 对 PPARγ的这种作用,从而支持一种更为正常的非糖尿病型基因表达模式。另外,“罗西格列酮”对人体中这种PPARγ磷酸化的抑制也与其降糖效应密切相关。这一不同寻常的药理机制为肥胖症/糖尿病发病机理中的Cdk5-PPARγ联系、为这些疾病中以及代谢综合症(即多种疾病的综合,它们会增加心血管疾病和糖尿病的发病风险)中PPARγ配体的治疗作用提出了一个新模型。(Article p. 451; News & Views)


决定动作开始和停止时机的神经机制(Knowing when to stop)
Start/stop signals emerge in nigrostriatal circuits during sequence learning
当执行一个行为时,动作序列的适当起动和终止至关重要;这个过程在帕金森氏症和亨廷顿症等“黑质纹状体”疾病中不能正常进行。人们对主管一个固定行为模式的学习和执行的神经机制还不是很了解,但Xin Jin 和Rui Costa揭示了在任务训练过程中基底神经节回路中所出现的起动/停止神经激发模式。小鼠能够学会按自己确定的进度非常精确地执行固定数量的一组重复性动作——它们要完成的任务是压杠杆,完成之后可以获得蔗糖作为奖励。利用这一任务,Jin和Costa发现,“黑质纹状体”回路中很多神经元能够选择性地对每组被执行的动作发出自我抑制或自我终止的信号。这些回路的基因改动破坏起动/停止的执行,影响小鼠的表现。这一发现为特定神经活动和任务学习之间的因果关系提供了证据。(Letter p. 457; News & Views)


高红移处的氢21厘米整合辐射图(Seeing the dark)
An intensity map of hydrogen 21-cm emission at redshift z?≈?0.8
为了研究宇宙暗物质(为解释宇宙膨胀速度不断增加而假设存在的力)过去的效应,天文学家需要对极端宇宙距离处的结构有更多了解。21厘米的中性氢射电辐射线被看作是适用于这一目的的一个潜在的有用工具。此前,21厘米辐射只在星系中红移值为z = 0.24的地方被检测到。超过这个点的话,星系就太暗,无法被单独检测,但却有可能测量来自“宇宙网”(cosmic web)中很多未解来源的整合辐射。利用位于美国西弗吉尼亚的名为“Green Bank Telescope”的望远镜,研究人员绘制出了在红移值为0.53到1.12处的氢21厘米辐射的一个三维强度图。将来自DEEP2“光学星系红移巡天”项目所发现的大约1万个星系周围的H I辐射数据添加到该项研究所获得的这个数据集中,可以提供一幅21厘米整合辐射图,其统计显著性为4σ。(Letter p. 463; News & Views)


月球磷灰石与地球相似(Earth-like lunar apatite)
Lunar apatite with terrestrial volatile abundances
人们认为,月球内部相对于地球来说氢、氯和其他挥发性元素较贫乏,原因是在形成月球的碰撞过程中,气体几乎全部跑掉了。对“月球玄武岩14053”(由“阿波罗14号”的宇航员收集的一个被研究得很多的月球岩石样品)所做的新的分析表明,月幔或月壳的部分地方所含挥发性物质可能要比人们以前所认为的更丰富。来自“14053”的磷灰石矿物中氢、氯和硫的浓度与来自地球上普通火成岩中的磷灰石无法区分。对来自其他可以获得的月球岩石类型的磷灰石进行测定,将可帮助澄清这种玄武岩之与地球相似特性的普遍性及重要性。(Letter p. 466)


一种用于合成石墨烯纳米带的精密方法(Ribbon development)
Atomically precise bottom-up fabrication of graphene nanoribbons
石墨烯纳米带(单原子厚度的层状碳所形成的狭窄的直边带状结构)被预测具有引人注目的性能,这使得它们很适合未来电子应用。在这一潜力能够实现之前,还需要在化学上更为精密的合成方法。Cai等人报告了在实现这一目标的方向上所迈出的一步:他们开发出一种从下到上的合成方法,该方法能够生成具有不同拓扑和宽度的、精度达到原子级的石墨烯纳米带。该方法的过程涉及将具有能够编码所期望带状最终产物之拓扑和宽度的结构的前体单体沉积到一个金属表面上。在表面帮助下将前体耦合到线性“聚亚苯基”中,之后再发生环化脱氢作用。鉴于这种方法的多功能性和精确性,它甚至还有可能为合成具有经过微调的化学和电子性能的更不寻常的石墨烯纳米带结构提供一个路径。(Letter p470)


湖泊作为碳汇的重要作用(Lakes as carbon sinks)
Temperature-controlled organic carbon mineralization in lake sediments
内陆水沉积物是重要的、但通常却被放弃的长期碳汇,事实上,湖泊和水库中每年所埋藏的有机碳超过海洋沉积物中的埋藏量。现在,Gudasz等人发现,对处于瑞典亚北极地区的几种不同类型的湖泊来说,湖泊沉积物中的碳矿化随温度升高显著增加。如果假设未来向湖泊沉积物中的有机碳输送与今天的情况相似,那么这个过程可能会成为全球变暖的一个正反馈。(Letter p. 478)


造成信息素种类差异的一个基因(Growing apart)
Allelic variation in a fatty-acyl reductase gene causes divergence in moth sex pheromones
欧洲玉米螟已成为研究性交流的遗传学及性信号在物种形成中所起作用的一个模型体系,部分是因为它由两种性信息素组成,这两种性信息素利用醋酸盐信息素成分的不同比例的顺式异构体和反式异构体,导致强烈生殖隔离——这可能是物种形成的第一步。实践证明,雌性信息素生成及雄性行为反应的基因控制之谜难以揭开,但现在,信息素种类差异中所涉及的一个基因已被识别出来。信息素生物合成所必需的一个脂肪酰还原酶基因发生的变异,可以解释雌性信息素生成中的表现型变异,这种变异导致(信息素)种类特异性信号。这表明,单一一种酶的编码区域中取代的积累会在信息素的混合物种产生差异,这些差异之大足以导致生殖隔离。(Letter p. 486)


“发育弹性”的控制机制(Sharing the load)
Co-option of the hormone-signalling module dafachronic acid–DAF-12 in nematode evolution
一个给定物种中具有相同基因组的植物或动物却能发育成相差迥异的形式,它取决于环境条件,这个现象被称为“发育弹性”,该现象在自然界很普遍,但却很少从基因和分子角度对其进行描述。对线虫Pristionchus pacificus的一种新的捕食性特征(即嘴中额外的牙齿状结构的形成使得它们能够以真菌为食以及在种群密度过大时以其他线虫为食)所做的一项研究表明,它是由控制第四期幼虫(dauer larva)形成的同一内分泌体系调控的。(第四期幼虫状态相当于线虫的休眠期。)源自关键信号作用通道这种性状功能变化(称之为“co-options”或“exaptations”)的“弹性”可能有助于形态新颖性的形成。(Letter p. 494)


DAF-16d/f寿命调控因子(DAF-16d/f longevity factor)
A new DAF-16 isoform regulates longevity
FOXO (single Forkhead Box O) 转录因子已成为细胞功能调控因子的一个主要汇聚点,包括“胰岛素/IGF1信号作用(IIS)通道”。IIS参与各种不同的生物过程,包括寿命的调控。在线虫中,FOXO转录因子DAF-16a在IIS通道中扮演一个主要角色。DAF-16a是两个同形物中的一个,调控线虫的寿命、应激反应和“多尔滞育”(dauer diapause),但尚不清楚DAF-16在调控这些不同生物过程中是怎样实现其特异性的。现在,一个新的DAF-16同形物,即DAF-16d/f,已被识别出来,它在寿命调控中也很重要。一系列涉及基因表达操纵的实验表明,各种不同DAF-16同形物之间的组合互动的作用是,在整个生物的背景下微调由IIS调控的过程。线虫似乎是利用来自一个基因的多种同形物来微调由IIS调控的过程的,这与哺乳动物中的情况形成对比——在哺乳动物中,四个不同的FOXO基因执行重叠的和截然不同的功能。(Letter p. 498)


[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年7月29日出版)

封面故事:解决粮食安全问题的办法到底在哪里?
Cover caption
联合国粮农组织估计,世界粮食产量到2050年需要增加70%。 本期Nature上一系列文章分析了植物科学家和生物技术专家能为实现这一目标所做的贡献。这个问题的严重程度在第546页介绍,其中包括这样一个事实:今天挨饿的10亿多人之所以挨饿,不是因为没有足够多的粮食,而是因为他们太穷、买不起粮食。所以,我们需要更好的治理。但如果对本期封面上所刊登问题的答案为“是”, 那么主要农业生物技术公司可能将不得不对增加粮食产量做出很大贡献。正如Natasha Gilbert所报告的那样(第548页),它将意味着我们的工作重点从关注对杀虫剂和除草剂的抗药性向培育能够应对干旱和营养缺乏的作物的转变。从上个世纪40年代起推进绿色革命的高产作物品种倾向于优化作物在地面之上的性状——比如说在能量投入上要让作物产生更多粮食和更少秸秆。在现在注重减少肥料的使用和其他投入的情况下,很多植物育种工作者和遗传工作者在寻找第二次绿色革命道路的过程中都在往下看,即把目光瞄准植物的根。在本期的第552页,Virginia Gewin介绍了目前正在制定当中的用于改进根系和增加粮食产量的策略。如果我们要实现农业可持续发展,那么我们就需要对各种不同耕作实践的影响了解更多。在“Opinion”栏目中,一组粮食安全专家提出一个全球监测网络,这个网络有可能采集到所缺失的数据(第558页),而 Ingo Potrykus根据他自己在“金稻”(golden rice)项目上的经验(该项目生产一种能够补偿维生素A缺乏的水稻)认为,不必要的法律要求目前使得基因工程作物无法让数以百万计的人口免于营养不良和其他更糟的情况(第561页)。另请阅读社论文章(第531页)和网上相关内容。


太阳系的故事——过去、现在和将来(The Solar System story)
The four hundred years of planetary science since Galileo and Kepler
行星科学是从伽利略关于行星和它们卫星的研究才真正开始的。350年来,我们关于太阳系的观点通过地基望远镜去伪存真、通过理论模型提升改进。太阳系探索时代的到来(“水手2号”1962年掠过金星是第一次成功地对行星金星造访)在过去50年使近距离观测、甚至实验成为现实,改变了我们关于太阳系的知识。在本期的一篇“Review”文章中,Joseph Burns分析了空间时代之前的行星科学的历史,进而讨论了最近一些最有趣的发现,凸显了太阳系天体的多样性以及混沌在太阳系演化中所起作用。他还对我们将要迈出的下一步进行了展望——这一步将是一大飞跃,即能够对太阳系外行星进行详细观测。(Review p. 575)


全球浮游植物生物质长期都在下降(Phytoplankton in retreat)
Global phytoplankton decline over the past century
海洋浮游植物在地球的生物地球化学循环中扮演一个关键角色,构成海洋生态系统的基础。来自卫星遥感的数据(可获得的数据自1979年起)提供的证据表明,浮游植物生物质曾在十年尺度上波动,与气候作用力有关,但几十年时间的数据不足于反映长期趋势。现在,Daniel Boyce及其同事通过估计1899年以来浮游植物生物质的局部、区域和全球趋势,将这些结果置于一个长期背景下来进行观察,他们所依据的是来自一系列渠道的数据,其中包括用被称为“Secchi disk”的一种设备对海洋透明度所做的测量以及各种不同类型的船载分析工作。他们从这些记录发现的一个趋势是,全球浮游植物生物质有一个世纪的时间在下降。本文作者们估计,浮游植物现存量的下降在高纬度地区、在赤道地区、在海洋地区和在最近的年份是最大的。大多数地区的趋势都与海洋变暖的增强以及重要气候指数显著相关联。(Article p. 591; News & Views)


“三光子体”纠缠态的直接生成(Entangled photon triplets)
Direct generation of photon triplets using cascaded photon-pair sources
纠缠的光子是基础科学的一个强大资源,具有推动计算和通信方面新型量子技术发展的潜力。纠缠的光子对可以由激光的自然“参量下转换”来生成,但此前一直没有可能以这种方式来生成“三光子体”。现在,Hübel等人报告了利用一个由光子对光源组成的级联来直接生成“三光子体”的方法。在该方法中,每个“三光子体”都来自仅仅一个泵浦光子,从而导致所有三个光子之间产生量子关联。(Letter p. 601)


“新马德里”地震带再次发生地震的风险(New Madrid seismicity)
Triggering of New Madrid seismicity by late-Pleistocene erosion
位于当今美国中部一个人口稠密地区的“新马德里”地震带,是造成1811–1812年“新马德里”地震(震级为7级或以上)的原因。这个地区目前地震风险的程度存在激烈争论。Eric Calais及其同事提供的证据表明,这个地区从地质上来说属于最近时期的系列大地震是由上个冰期末密西西比河北部河湾的河流快速冲走沉积物触发的。模型研究表明,已经断裂的断层带不大可能很快再次断裂,但由沉积物流失和以前地震所造成的应力变化也许最终将足以使尚未断裂的附近其他断层断裂,这表明地震的风险可能比以前人们所认为的范围要大。(Letter p. 608; News & Views)


性染色体的巨大变化(Dynamic sex chromosomes)
Convergent evolution of chicken Z and human X chromosomes by expansion and gene acquisition
鸟类和哺乳动物有鲜明的性染色体。在鸟类中,雄性个体有一对Z染色体,而雌性个体有一个Z染色体和一个W染色体。在哺乳动物中,雄性个体的染色体是XY,雌性是XX。人们长期假设,性染色体演化涉及性特异性染色体(即W染色体和Y染色体)的巨大改变,但两性都有的Z染色体和X染色体只发生较小的改变。但根据一项新的研究,事实并不是这样的。这项研究报告了鸡的Z染色体的序列,并将其与已完成测序的人X染色体序列进行了比较。Z染色体和X染色体与产生它们的常染色体(非性染色体)相比发生了巨大变化。而且Z染色体和X染色体似乎是遵从收敛的演化轨迹,包括由睾丸所表达的基因家族的获得和放大,尽管它们是从先祖基因组的不同部分独立形成的。(Letter p. 612)


生物节律与糖尿病的关系(Clocking on to diabetes)
Disruption of the clock components CLOCK and BMAL1 leads to hypoinsulinaemia and diabetes
在进食期间,胰岛分泌胰岛素来维持葡萄糖体内平衡,这个有节奏的过程在糖尿病患者体内被扰乱了。现在,用小鼠所做实验表明,胰岛有它们自己的生物钟,在睡眠-清醒周期中来组织和安排胰岛素的分泌。转录因子CLOCK 和 BMAL1对这一过程很关键,携带Clock 和Bmal1基因的缺陷版本的小鼠会患“hypoinsulinaemia”(胰岛素水平过低症)和糖尿病。这项工作证明了一个局部组织的生物时钟能够在胰腺贝塔细胞中将生物节律信号和新陈代谢信号整合起来,它说明生物节律分析是更深入了解代谢表现型以及治疗2-型糖尿病等代谢疾病的关键。(Letter p. 627; News & Views)


微RNA在帕金森氏症中的作用(MicroRNAs in Parkinson’s)
Pathogenic LRRK2 negatively regulates microRNA-mediated translational repression
“富含亮氨酸的重复段激酶-2” (LRRK2)所发生的突变已被与家族性和偶发性帕金森氏症联系在一起,但其生化功能却一直不清楚。现在,LRRK2的一个生化功能已被发现。果蝇和人类的LRRK2都被发现拮抗由微RNA调控的对E2F1 和 DP转录因子的翻译抑制。LRRK2与由RNA诱导的沉寂复合物组分Argonaute发生相互作用,来拮抗其对蛋白翻译的抑制效应。活体遗传研究表明,E2F1/DP上调在调控突变体LRRK2的发病机理中扮演一个关键角色。这些发现表明,受损的、由微RNA调控的沉寂作用与特定微RNA目标的失控表达之间有一个联系,它能造成帕金森氏症的发病;而且这些发现还提出了基于微RNA的可能治疗方法。(Letter p. 637)


一类以前未知的短RNA(Another clutch of small RNAs)
New class of gene-termini-associated human RNAs suggests a novel RNA copying mechanism
利用单分子高通量测序方法对来自人类细胞的短RNA(少于200个核苷酸)所做的一项分析,发现了一类有所不同的、以前未知的短RNA。它们在其5?端都有相同的“尾巴”,由非基因组编码的“polyU”残体的一个序列组成。这一点,再加上关于这些RNA与由已知RNA构成的3?端密切相关的发现,指出了在人类细胞中存在一个新型RNA复制机制。(Letter p. 642)


突破衍射极限观测单分子(Seeing single molecules)
Subnanometre single-molecule localization, registration and distance measurements
利用“电荷耦合装置”(CCD)来跟踪附着在所要探测的生物分子上的荧光探针分子,有可能绕过将一个光学显微镜的分辨率限制在约为入射光波长的一半的衍射极限。这种办法将对单分子或分子内距离成像的极限从由衍射极限决定的200纳米降低到接近20纳米。现在,朱棣文与其同事们利用这种CCD-荧光技术的一种变通形式来在一个传统远场荧光成像系统中以亚纳米精确性来测定距离。他们用一个反馈系统来补偿CCD硅阵列对入射光子的不均匀响应(这可能是芯片制造所产生的人为现象),这种响应如果不消除的话,会使代表彼此间的距离只有几个纳米的点的像素模糊。 这种分辨率应能够对较大的多蛋白生物复合物的构成成分进行定性。该方法还应能启发人们对同样依赖于数码相机的纳米技术或天文测量实施类似的改进。(Letter p. 647)

[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年8月5日出版)


封面故事:“亚飞秒”级电子运动的实验观测
Real-time observation of valence electron motion
化学反应是由分子轨道中价电子的动态触发的。这些运动一般在“亚飞秒”尺度上进
行,此前一直无法进行实时观测,但现在“阿秒”(1阿秒等于10-18秒)光谱学的发展
使得对电子从一个量子态到另一个量子态的跃迁进行跟踪成为可能。目前,该技术已被
延伸到能够对氪离子的价电子(即“成键电子”)层中“电子波包”的超快(“亚飞
秒”级)运动进行跟踪。这个首次进行的原理证明演示采用一个简单系统,但人们所期
待的是,这种类型的“阿秒”瞬态吸收光谱最终将会揭示分子和固体材料中决定物理、
化学和生物性质的基本电子运动。本期封面描绘了一个原子离子内的一个价电子的振荡
运动的一组快照,是从“阿秒”泵浦探测测量结果重建而成的。(Letter p. 739;
News & Views)


与血脂相关的基因变异(Blood lipids and the heart)
Biological, clinical and population relevance of 95 loci for blood lipids /
From noncoding variant to phenotype via SORT1 at the 1p13 cholesterol locus
血液中的脂质浓度是冠状动脉疾病的一大风险因素,也是一个可以作为治疗干预目标的
因素。在对超过10万名欧洲裔人所做的一项全基因组关联研究(GWAS)中,研究人员识别
出了与血脂相关的95个基因变异体。所识别出的基因位点包括那些参与胆固醇代谢(降
胆固醇药物的已知作用目标)的位点,以及对脂质特征的正常变化有贡献的新位点及对
极端脂质表现型有贡献的新位点。在本项研究中被识别出与血液低密度脂蛋白胆固醇和
冠状动脉疾病都相关的一个位点构成本期Nature上另一篇论文的关注焦点。在染色体
1p13上的这个位点被发现生成一个C/EBP转录因子结合点,并且改变肝脏中的SORT1基因
的表达。改变小鼠肝脏中SORT1的水平,会改变血液脂蛋白水平,这一点有可能解释为
什么这个位点上的变化与心脏病相关。这一发现将“sortilin”通道识别为治疗干预的
一个可能目标,并且说明了GWAS结果何以可用作药物目标的一个生产线。(Articles
pp. 707, 714; News & Views)


海绵的基因组完成测序(Sponge sequenced)
The Amphimedon queenslandica genome and the evolution of animal complexity
本期Nature发表了大堡礁海绵Amphimedon queenslandica的基因组草图,同时还有比较
基因组分析结果。海绵被认为处在动物界最早的分支上,是“真”动物或“真后生动
物”的一个姐妹类群。因此,海绵对多细胞性起源的研究做出了重要贡献。分析表明,
该基因组在内容、结构和组织上都与其他动物基因组非常相似,并且显示了与动物的起
源和早期演化相关的基因组事件,包括“泛后生动物”转录因子、信号通道和结构基因
的出现、扩张和分化。(Article p. 720)


能用于观测恒星形成的一个新系统(Star formation in their sights)
A ground-layer adaptive optics system with multiple laser guide stars
我们银河系中心附近的大质量年轻星团是有关恒星形成研究的主要目标。目前还没有能
将为此目的而需要的高分辨率和宽视场结合在一起的空间红外望远镜,但理论上,配备
尖端“地面层自适应光学系统” (GLAO)的一台地基望远镜应能胜任这一任务。现在,
在美国亚利桑那州霍普金斯山上的MMT天文台工作的一个小组证明,利用最近的升级,
包括使用多个激光引导星, 他们有了这样一个系统。在对球状星团M3的核心的观测
中,他们获得的宽场分辨率是以前所获得的两倍以上。仅仅将这样的望远镜朝天空指向
一次,就有可能对全部星团进行观测。将这种新开发的GLAO系统安装到更多、更大的望
远镜上,应能提供关于恒星形成机制的一个新的数据流。(Letter p. 727)


能克服“超材料”局限性的方法(Metamaterials: accentuate the negative)
Loss-free and active optical negative-index metamaterials
为设计和合成“超材料”,人们进行了很多研究工作。“超材料”是通过人工手段量体
裁衣制成的组合材料,它们具有负折射率这样的反直觉的光学性质。利用这样的负折射
率材料,有可能开发出一系列激动人心的应用,其中包括隐形斗篷和“完美”镜头,但
一个障碍是,材料的性能严重受限于吸收损失。现在,Vladimir Shalaev及其同事介绍
了一个方法,它有可能导致这一领域产生一个突破;他们将光学增益介质集成在“超材
料”内作为补偿内在损失的一种方式,并且发现“光泵激”导致在可见光波长上负折射
率有显著增加,性能有所改善。这项研究证实,设计一种不受限于其金属成分内在损失
的光学“超材料”是有可能的。(Letter p. 735)


白垩纪南半球像哺乳动物的鳄鱼(The ‘mammals’ of the south)
The evolution of mammal-like crocodyliforms in the Cretaceous Period of
Gondwana
在白垩纪(距今1.44亿-6500万年前)的所有动物中,恐龙吸引公众关注最多,哺乳动
物远远排在第二位。人们知道较少的是,当时出现在冈瓦纳古陆的南半球大陆上的鳄形
动物中的壮观的适应性辐射。南方鳄鱼(Notosuchian)形成了各种各样 奇怪形式。尤
其是,它们的牙齿是最不像鳄鱼的,倒像是一排无差异的锥形尖牙,其牙齿经常是专门
用来咬噬和压碎食物的,如哺乳动物的牙齿那样。在坦桑尼亚西南Rukwa Rift盆地的白
垩纪沉积物中发现的一种新的、体型较小的鳄形动物化石,显示了关于趋同性形态演化
的进一步证据。它具有能够进行牙冠至牙冠接触(这种接触是咀嚼的特征)的牙系,
并且具有几乎全部被认为属于哺乳动物的牙齿特点。在向该地区的陆地动物群落增添一
种小型动物成员的同时,这一发现也有力地表明,南方鳄鱼所占据的冈瓦纳古陆的小生
境是北半球陆地哺乳动物的生活环境。(Letter p. 748)


植物生物多样性的根源(The roots of plant diversity)
Negative plant–soil feedback predicts tree-species relative abundance in a
tropical forest
维持生物多样性的一个潜在机制是一个物种与其特定敌人之间的负反馈,它使得竞争物
种能够优先于我们所关注物种的个体在附近繁盛。土壤生物群的效应过去经常被忽略,
人们更多地是关注地面上的食草动物和资源分割。但现在,一系列大棚和田间实验表
明,在热带森林中,土壤生物群才是这种反馈的主要原因,而这一效应足以解释生物多
样性。(Letter p. 752; News & Views)


众人拾柴火焰高(Many hands make light work)
Predicting protein structures with a multiplayer online game
一个天然多肽链能够在微秒时间内折叠成一种天然蛋白,但从任何给定的氨基酸序列及
第一物理原理来预测这样的稳定三维结构在计算上仍然是一个可怕的挑战。为了借助人
类的视力及策略能力来完成这一任务,Seth Cooper和 David Baker及其同事将他们的
“罗赛塔”结构预测算法变成了一种由多人来玩的网络游戏,被称为“Foldit”。在该
游戏中,数以千计的非科学家相互竞争和协作,来为蛋白结构优化生成一组丰富的新算
法和搜索策略。这项工作表明,即便是在计算上很复杂的科学问题也能利用互动多人游
戏有效地通过发动群众的办法来解决。(Letter p. 756)


白血病由慢性向急性发展的分子基础(Blocking leukaemia progress)
Regulation of myeloid leukaemia by the cell-fate determinant Musashi
人们对慢性骨髓性白血病从慢性阶段到急性阶段的发展进程的分子基础还很不了解。现
在,用慢性骨髓性白血病的小鼠模型所做的工作表明,这种发展进程是由细胞命运调控
因子Mushashi2控制的,它反过来又调控Numb、 Notch和 p53,以阻断细胞分化。
Mushashi2表达可以通过白血病中所发现的失常转录因子来增加,并且在人类白血病患
者的癌症发展进程中被观察到(在人类患者中,它与预后较差相关)。这便提出一个可
能性:调控Musashi-Numb相关的信号作用也许是治疗这种疾病的一种新方法。(Letter
p. 765)


疟原虫的TCA代谢机制(No cycling in malaria parasite)
Branched tricarboxylic acid metabolism in Plasmodium falciparum
三羧酸(TCA)环是碳代谢的中枢,将糖酵解、糖异生、呼吸、氨基酸合成及其他生物合
成通道连接在一起。现在,疟原虫中的TCA代谢被发现在很大程度上与TCA糖酵解是没有
联系的,是沿一条根本不同的线路组织的。在这种寄生虫中,谷氨酰胺和谷氨酸盐在一
个分岔的而非环状的通道中是TCA代谢的主要碳来源。源自葡萄糖的碳在这个通道中几
乎是没有的。这些结果为有关疟原虫中基础性的、中心性的碳代谢的很多长期未解现象
提供了一个机制上的解释,并且也为抗疟疾治疗干预提出了新的目标。(Letter p.
774; News & Views)


金属蛋白的多样性(Metalloprotein diversity)
Microbial metalloproteomes are largely uncharacterized
金属蛋白在包括呼吸、光合作用和药物代谢在内的很过生物过程中扮演关键角色。在一
种蛋白分子被完全定性之前,其中一个金属的存在经常并不明显,由于这个原因,同时
也由于金属协调点的多样性,目前还没有可能利用基因组序列来根据一种生物所处环境
或该生物的金属蛋白组成预测其所利用的金属类型。因此,Cvetkovic等人采用了另外
一种途径,利用传统液相色谱来识别一种生物(超嗜热海洋古细菌Pyrococcus
furiosus)中的金属,利用蛋白组学方法来研究金属蛋白。在色谱的343个金属峰中,
158个与任何已知的或预测的金属蛋白都不匹配,包括以前并不知道该生物所能够利用
的金属。这项工作表明,金属蛋白要比我们以前所认为的更为广泛和多样。(Letter
p. 779)


[自然要览]

(选自英国Nature杂志,2010年8月12日出版)


封面故事:最早使用工具的古猿
Evidence for stone-tool-assisted consumption of animal tissues before 3.39
million years ago at Dikika, Ethiopia
此前,关于我们祖先或其亲缘种使用工具的最早证据来自埃塞俄比亚阿瓦什河谷的两个
地点。大约250万年前制造的石器在Gona被发现,时间大致相同的、有切痕的骨头在附
近的Bouri被发现。怀疑古猿使用工具的时间甚至要更早的观点,现已被在阿瓦什河谷
下游地区一个名叫Dikika的地方所获得的发现证实:这里发现的是来自大型有蹄动物的
两块骨头,上面有切痕(见本期封面图片),这与古猿利用石质工具来从骨头上剔肉和
从骨头里取骨髓的猜测是一致的。这些有切痕的骨头距今大约340万年,很可能是“阿
法南方古猿”(Australopithecus afarensis)的活动所留下的结果,该古猿是已知当时
生活在阿瓦什河谷的惟一古猿,也是著名的古猿“Lucy”(来自Hadar)和年轻的
“Selam”(或称DIK-1-1,来自Dikika)所属的有名物种。(Letter p. 857; News &
Views)图片提供:Curtis Marean


形成造血干细胞小生境的细胞身份被确定(A stem cell niche for two)
Mesenchymal and haematopoietic stem cells form a unique bone marrow niche
在骨髓中形成造血干细胞小生境的细胞身份一直不清楚。现在,Paul Frenette及其同
事识别出,表达nestin的间叶干细胞为形成小生境的细胞。这些细胞与造血干细胞有密
切物理关系,表达高水平的参与干细胞维护的基因,它们的删除会降低造血先祖细胞的
骨髓寻的(homing)功能。这项工作显示,骨髓中的干细胞小生境是两种截然不同的体干
细胞(somatic stem-cell)类型之间的一种伙伴关系。(Article p. 829)


微RNA影响信使RNA的机制(MicroRNA shoots messenger)
Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels
微RNA(普遍存在的、调控基因表达的短非编码RNA)已知影响信使RNA (mRNA)和蛋白的
水平。但因为蛋白生成依赖于mRNA的存在,所以确定由微RNA调控的mRNA解理与翻译抑
制的相对贡献一直有困难。现在,David Bartel及其同事理清了两个机制之间的关系,
并且发现,与人们所预料的相反的是,微RNA主要通过使目标mRNA失去稳定性来发挥作
用,而不是通过抑制它们的翻译来发挥作用。这些结果表明,需要对很多以前的结论进
行一次重新评估。(Article p. 835)


“铁磁共振成像”技术(Magnetic imaging)
Nanoscale scanning probe ferromagnetic resonance imaging using localized
modes
纳米磁学研究的快速发展使得磁感应和磁记忆技术领域出现了一些有强大生命力的应
用。然而,迄今为止还没有高分辨率磁成像工具可以用来对这些复杂的纳米结构进行定
性。现在,俄亥俄州立大学的一个小组开发出一种适合于这项工作的扫描探针技术,被
称为“铁磁共振成像”。正常情况下,基于铁磁共振的研究只提供光谱信息,缺乏成像
能力,因为铁磁共振模式是展开在整个样品上的。这一新方法利用由一个微型磁探针产
生的强大的、在空间上受到约束的磁场,将铁磁共振模式局限在紧贴探针之下的地方。
这使得研究人员有可能以200纳米的分辨率来对磁特征进行成像,即便它们被埋在纳米
结构的表面之下。(Letter p. 845)


利用卫星影像和数值模型模拟云(Reach for the clouds)
Precipitation-generated oscillations in open cellular cloud fields
云模拟在区域到全球尺度的气候模拟中都是最有挑战性的任务之一。在很多情况下,所
观察到的云动态的物理机制是不知道的,这使得人们难以对它们的结构和行为进行符合
实际情况的模拟。Feingold等人利用卫星影像和数值模型来显示降雨云诱导的倒灌风
(下行气流)是怎样产生开放的蜂窝状云形的,这种云形以低反射率为特征,在不同的
亚稳态之间振荡。这样所产生的云结构形成一个振荡的、自我组织的云场,因为新的云
形会出现而取代旧的云形。(Letter p. 849)


今天可以看到的最原始火山熔岩(Primordial volcanism today)
Evidence for the survival of the oldest terrestrial mantle reservoir
具有高3He/4He比例的海岛熔岩,被一些人认为含有地球上所保存下来的一个原始地层
的样品,这个地层是自大约45亿年前当地球从太阳星云吸积物质而形成时保留下来的,
但这些熔岩过去从未被发现具有与这样早的一个形成时间相关的原始铅同位素组成。现
在,Matthew Jackson及其同事发现,巴芬岛和西格陵兰岛的熔岩(以前被发现具有最
高的地幔3He/4He比例)所具有的铅同位素比例与其来自距今45.5亿-44.5亿年前的地幔
的推断是一致的。这些熔岩中氦、铅和钕同位素的综合组成表明,它们的来源是地幔中
可以接触到的最古老的地层,并且可能是产生现代火山的所有地幔层之源。(Letter
p. 853; News & Views)


惩罚不合作者的方式(Punishing schedules)
Social learning promotes institutions for governing the commons
演化游戏中的合作可以通过对不合作者的惩罚得到稳定,这样做的代价由那些执行惩罚
任务者来承担。惩罚可以有各种不同形式,包括同伴惩罚和集体惩罚。前者是在相关事
件之后由个体来惩罚那些搭便车者;后者是事先设立一个用于制裁的基金。前者可以总
结为“将法律掌握在自己手上”;后者可以总结为让警察来做这件事。Sigmund等人利
用一个计算模型发现,集体惩罚在对付“二级搭便车者”(指那些在主要游戏中是合作
的、但却拒绝对惩罚做出贡献的个体)时相对于同伴惩罚有优势。这个模型表明,个体
可以自发地采用一个自制体制来监督贡献和制裁搭便车者。它不需要从上到下的规定或
规划。在错误中学习以及模仿成功的例子,就足以在个体之间产生一个由个人利益引导
的社会合约。(Letter p. 861)


焦虑症的遗传因素(Genetic factors in anxiety)
Amygdalar and hippocampal substrates of anxious temperament differ in their
heritability
人类和猴子的急性子都是从婴儿时代就明显表现出来了,是日后精神病理学的一个重要
风险因素,并且已知是可以遗传的。在一项将成像方法与遗传学方法结合起来的大型研
究中,Oler等人对与这一特征相关的神经回路以及这个回路的功能的可遗传程度进行了
定性。研究中采用了超过200只来自同一个家系的猴子,在将这些猴子置于一个轻度紧
张情境中之后,他们用正子发射断层扫描技术对其进行了扫描。扁桃体和海马体中的活
动程度都能指示性情,但海马体活动的可遗传性大于扁桃体活动的可遗传性。这表明,
在急性子中,基因和环境对这两个区域的功能可能有不同影响。这个发现也为焦虑症和
抑郁症的遗传风险提供了新的见解。(Letter p. 864; News & Views)


与癌症有关的突变(Cancer-linked mutations)
Diverse somatic mutation patterns and pathway alterations in human cancers
对超过400个乳腺癌、肺癌、卵巢癌和前列腺癌样品所做的一项大规模遗传分析,识别
出了数千个与癌症相关的突变。Kan等人分析了来自癌症患者的DNA,识别出了涉及1507
个编码基因的2576个体突变。在这些突变中,77个被认为是显著的突变,说明它们可能
具有致病作用,包括蛋白激酶、G蛋白耦合的受体和其他潜在治疗目标。(Letter p.
869)


心电图的信号指示(Signalling cardiac currents)
Wnt11 patterns a myocardial electrical gradient through regulation of the
L-type Ca2+ channel
很多重要生物过程,包括心脏的正常功能,都需要一个电梯度。人们对产生和维持这种
电极性的机制很不了解。现在,Panáková等人利用开发用来研究发育中的斑马鱼心脏
中电压和钙的方法,识别出心肌平面中电耦合的一个以前未被认识到的梯度。这个电梯
度的出现取决于通过L-型钙通道的钙电导,而出人意料的是,这个通道在生理上是由
Wnt11信号作用调控的。这项工作表明,胚胎心脏的电模式形成涉及细胞膜中一个重要
发育信号和离子通道之间的互动,而不是依赖于专门化的导电组织。(Letter p.
874)


决定微管蛋白对称性的结构基础(Microtubule symmetry)
Microtubule nucleating γ-TuSC assembles structures with 13-fold
microtubule-like symmetry
微管是细胞骨架的一个重要组成部分,在活体中通常是在一个由γ-微管蛋白复合物构
成的核心周围以13个原始细丝(protoflilament)为一组的形式来组织的。这一精确的几
何是怎样控制的仍不清楚。现在,由普遍保守的核心微管核化复合物“γ-微管蛋白小
复合物” (γTuSC)构成的高级组合体(从酿酒酵母中分离出)的结构已利用冷电子显
微镜被确定。该结构为了解γTuSC是怎样建立13重的微管蛋白对称性的提供了线索。
(Letter p. 879)

[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年8月19日出版)

封面故事:触发去年汤加大型海啸的因素
Near-simultaneous great earthquakes at Tongan megathrust and outer rise in
September 2009 / The 2009 Samoa–Tonga great earthquake triggered doublet
发生在2009年9月袭击萨摩亚和北汤加群岛的海啸之前的是在这个海沟外坡上的一次8级
地震,在这个地方,太平洋板块进入消减带时发生弯曲。这里最初被认为是该海啸的惟
一来源,但一个更为复杂的画面却正在出现。两个小组在本期Nature上报告了在几乎同
一时间和地点发生的两次地震,它们被称为“一对触发的地震”。但不清楚的是这两次
地震到底是哪个触发了哪个。Beavan等人利用对GPS站发生的位移所做的一项分析及海
啸模型发现,外缘隆起上发生的地震是与在相邻汤加消减带中几乎同时发生的一个特大
逆冲地震相伴的,而且还可能是由后者触发的。Lay等人分析了可以获得的地震数据,
他们的模型表明,外缘隆起上发生的地震触发了特大逆冲地震中所发生的断层断裂。不
管是哪种情况,这两次地震都为在邻汤加消减带上偶尔发生的大型海啸提供了一个机
制。本期封面所示为Niuatoputapu岛上所产生的破坏,那里由海啸激起的海水达到海平
面之上16米。(Letters pp. 959, 964; News & Views)照片提供:Kate Wilson


拓扑异构酶的抑制机制(Topoisomerase inhibition)
Type IIA topoisomerase inhibition by a new class of antibacterial agents
沿一个DNA链运动的酶(如DNA和RNA聚合酶)在它们运动之前往往会引起超螺旋的积
累。如果不加阻止,这种积累会使DNA发生过度缠绕,就像拧在一起的一个橡皮筋一
样。拓扑异构酶通过首先解理、然后降解DNA来缓解这种压力。拓扑异构酶抑制因子被
用作抗菌药和抗癌药,例如“喹诺酮”家族的抗菌药自1962年以来一直在临床上使用,
但目前它们的疗效因能抗多种药物的细菌的出现而打了折扣。现在,来自金黄葡萄球菌
的DNA促旋酶(一种II-型拓扑异构酶)的晶体结构,已在与DNA和广谱抗生素GSK299423
形成的一种复合物中被确定。这是一类新型抗生素的一个例子,它们与跟“氟喹诺酮”
相同的目标发生相互作用,但在结构上和机制上都与它们截然不同。其结构显示了一个
能够绕开“氟喹诺酮”抗性的机制,为探寻在临床上已确认目标的不同抑制机制提供了
一些策略。(Article p. 935)


“猎户星云”中的波样结构已被观察到(Orion nebula waves)
Waves on the surface of the Orion molecular cloud
“猎户星云”(距地球约414秒差距)中的分子云使我们能够最清楚地观察大质量恒星
的形成。人们曾根据恒星形成模型预测,在这个过程中被加热和电离的气体在它们被吹
过预先存在的分子气体时会产生波样结构。现在,这些波已在“猎户星云”的一系列新
的射电图中被观察到。这些波被认为来自“Kelvin–Helmholtz不稳定性”(在具有不
同密度和速度的流体界面上发生的一种现象),而对这类周期性结构的进一步观测应能
为大质量恒星的形成机制及其对分子云周围区域的影响提供新的见解。(Letter p.
947; News & Views)


提高超导体转变温度的途径(Competitive pressure)
Enhancement of superconductivity by pressure-driven competition in
electronic order
超导经常是在与如“反铁磁性”等其他类型的“电序”竞争中出现的。对某些类型的超
导体来说,超导转变温度可以通过使竞争“电序”的临界温度强制降到零来达到最大。
现在,Xiao-Jia Chen等人在一种高温超导体中识别出了一种相关效应,他们通过施加
压力使转变温度发生了引人瞩目的“two-step”增加。这个结果指出了通过抑制CuO2内
平面中反铁磁性相以及通过优化不同CuO2平面的两个竞争的能量尺度(pairing 和
phase ordering)来实现更高转变温度的一种途径。(Letter p. 950)


制备多铁性材料的一个新途径得到验证(Multiferroics made easier)
A strong ferroelectric ferromagnet created by means of spin–lattice
coupling
铁电铁磁体或多铁性材料有重要技术价值,因为它们将场效应电子的低功率和高速度与
由电压控制的铁磁性的永久性和可路由性(routability)结合在了一起。遗憾的是,它
们很稀有,而且对真正存在的那些材料来说,其铁电性和铁磁性性能与传统有用的铁电
体和铁磁体相比一般也较弱。最近,研究人员预测了制造多铁性材料的一个新途径:理
论上,既非铁电性、又非铁磁性的磁有序绝缘体(这样的材料有很多)可以通过来自基
质层中的应变被转变成铁电性多铁性材料。现在,June Hyuk Lee在实验上对EuTiO3实
现了这一途径。他们所演示的一个实验参数(应变)能够同时控制多级参数的结果,为
制备有用的多铁性材料提供了一些激动人心的可能性。(Letter p. 954)


群体合作与混交程度的关系(Cooperation versus promiscuity)
Promiscuity and the evolutionary transition to complex societies
为什么某些动物的个体生活在合作性社会群体中?对不同鸟类物种所做的一项分析表
明,一个物种是否具有合作性取决于雌性的性生活。当混交程度低时(例如当雌性只与
一个雄性交配时),合作更有可能性,因为在这种情况下帮忙者会更有把握地认为它们
是在帮助其亲戚。中等程度的混交有利于将亲戚与非亲戚区分开来的能力,但混交程度
高时,任何形式的合作都不利。(Letter p. 969; News & Views)


肺结核的生物标记(A tuberculosis biomarker)
An interferon-inducible neutrophil-driven blood transcriptional signature in
human tuberculosis
对结核杆菌的免疫反应是复杂的,没有被完全定性,从而妨碍了新的诊断方法、治疗方
法及疫苗的开发。现在,一种系统生物学方法被用来比较患有活性和休眠结核的患者与
健康对照组所表达基因的转录谱。活性肺病被发现与一种由嗜中性细胞驱动的、干扰素
可诱导的基因谱关联。休眠结核患者约有10%会继续发展成活性结核。在这项研究中,
10%的休眠结核患者具有与活性结核患者相似的一个转录特征,说明该生物标记在预后
和诊断中都可能是有用的。(Letter p. 973)


胸腺细胞的重新编程(Thymus cells reprogrammed)
Microenvironmental reprogramming of thymic epithelial cells to skin
multipotent stem cells
胸腺在适应性免疫系统中发挥各种不同功能,包括通过胸腺上皮细胞产生自体可以容忍
的胸腺细胞,它们发育成T-淋巴细胞。人们曾广泛假设胸腺只含有前体上皮细胞,细胞
类型也是有限的。但对培养中的大鼠胸腺上皮细胞所做研究表明,如果暴露于皮肤微环
境,它们可以被重新编程而具有毛囊多能干细胞的命运。这些细胞可以被克隆和有选择
性地培养,这些都是与人胸腺上皮细胞的可能生长以及潜在临床应用相关的特性。
(Letter p. 978)


“柔性键”帮助血液凝固(‘Flex-bonds’ aid blood clots)
A mechanically stabilized receptor–ligand flex-bond important in the
vasculature
“von Willebrand因子”与血小板表面上“糖蛋白Ib a”的结合调控血小板的交联,是
血液凝固中的一个重要因素。利用将一个受体与其配体在单个分子中联系起来以测定结
合和断开过程的一种新方法,Kim等人识别出一个以前没有被识别处的键行为类型。
“受体-配体”键存在于两种截然不同的状态:一种是所谓的“轻力”(low force)状
态,另一种是更为稳定的状态——该状态是当施加张力时出现的,使该键相对于所施加
的力保持稳定。这种“柔性键”行为——它涉及两组“滑动键”(键寿命随负载增加而
缩短)而不是“逆锁键”(键寿命随所施加的力增加)之间的切换——的发现,对于了
解与“von Willebrand因子”结合在一起的血小板何以能够抵抗外力、对于血流的增加
何以会激发血小板栓子的形成都有意义。(Letter p. 992)


细菌鞭毛改变转动方向的本领(Ringing the direction changes)
Structure of the torque ring of the flagellar motor and the molecular basis
for rotational switching
细菌鞭毛细丝的转动是细菌运动的原因。转动的方向决定细菌是会平稳向前运动还是会
改变其运动轨迹。鞭毛“马达”向顺时针方向或逆时针方向驱动这种转动,转动方向由
鞭毛开关复合物调控。它的组成部分之一(一种被称为FliG的环状蛋白)施加使该“马
达”能够切换方向的扭动运动或扭矩——这是一个引人注目的本领,因为鞭毛以每秒几
百转的速度转动,但能够在不到一毫秒时间内逆转方向。现在,FIiG的全长度结构已被
确定,在转动方向的切换中所涉及的构形变化也被识别了出来。(Letter p. 996)


[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年8月26日出版)


封面故事:“整体适应度”方法并不普遍适用
The evolution of eusociality
包括蚂蚁和很多黄蜂及蜜蜂物种在内的真社会性昆虫形成等级社会,由能够生育的蜂王
(蚁王)和不能生育的工蜂(工蚁)组成。这意味着,一些个体需要牺牲它们自己的生
殖潜力来养育其他个体的后代,这是达尔文认为对进化论构成挑战的一个事实。对于这
一现象,最为人们接受的解释所依赖的是亲缘选择理论,而该理论则以“整体适应度”
为依据,它指的是通过增加其亲戚的后代的生存机会所获得的个体适应度。在本期的一
篇“分析”文章中,Martin Nowak、Corina Tarnita 和Edward O. Wilson指出,这种
方法有其局限性。他们用数学手段表明,“整体适应度”只有对于严格定义的一个小类
别的条件来说,才是标准自然选择(理论所采用)的直接适应度的一个可行的替代指
标,它不是普遍适用的。标准自然选择理论在精确种群结构模型的背景下为此提供了一
个简单的解释。本期封面所示为名为“Formica obscuripes”的蚂蚁的工蚁,它们正在
进行“交哺”,即共同分享液体食物。(Analysis p. 1057)图片提供: Alex Wild


ALS病的遗传风险因子(Genetic risk factors for ALS)
Ataxin-2 intermediate-length polyglutamine expansions are associated with
increased risk for ALS
“肌萎缩性侧索硬化症” (ALS)也被称为“Lou Gehrig’s症”,它是一种常见的成人
型神经退行性疾病,是不可治愈的。ALS大部分是零星发生的,但约有10%的病例也有一
个家族成分,最常见的是SOD1(超氧化物岐化酶)基因。然而SOD1突变只占全部病例的
约2%,所以寻找其他ALS风险因子的工作还在继续。蛋白TDP-43被认为在ALS发病中扮演
一个角色,但尚未确定;Elden等人发现,ataxin-2(一种多谷氨酰胺(polyQ)蛋白,在
2-型脊髓小脑萎缩症中发生突变)在动物和细胞模型中是TDP-43毒性的一个强效修饰因
子。对915个人所做的DNA分析显示,ATXN2是一个相对比较常见的ALS病易感基因,占
ALS病例的近4.7%。这些发现表明,TDP-43/ataxin-2互动是治疗干预的一个可能目标。
(Article p. 1069)


能使p53失活的另一种腺病毒(Viral inactivation of p53)
Heterochromatin silencing of p53 target genes by a small viral protein
p53转录因子既是一个肿瘤抑制因子(在几乎所有癌症中都失去活性),又是一个防止
腺病毒复制的防卫因子。腺病毒E1B-55K以p53为降解目标,被认为在腺病毒复制过程中
是p53失活的关键。的确,缺失E1B-55K的突变体病毒已被作为对p53-阳性肿瘤有选择性
的病毒癌症治疗药物进行了测试。现在,Soria等人发现,另一种腺病毒蛋白E4-ORF3,
可以通过一个阻止p53接触其DNA的染色质沉寂机制来独立于E1B-55K使p53失去活性。这
项工作表明,在腺病毒感染中的p53失活是一个比以前所认为的更为复杂的过程,并且
也许还有可能在这一体系被更全面了解之后来开发真正的p53选择性抗肿瘤病毒疗法。
(Article p. 1076; News & Views)


超大质量黑洞的形成条件(Black holes arrived early)
Direct formation of supermassive black holes via multi-scale gas inflows in
galaxy mergers
以前发表的有关超大质量黑洞形成的模型试图解释这样一个事实:根据对遥远类星体的
观测结果,超大质量黑洞在“大爆炸”之后不到10亿年就已经形成了。一系列新的数值
模拟表明,直接坍缩成超大质量黑洞的条件可以在这个时间尺度上从大质量原始星系的
合并而出现。多尺度气体流入产生了一个不稳定的、大质量的核气体盘(nuclear gas
disk),这个盘在仅仅100年内扩大形成一个亚秒差距尺度的气体云。这个云发生引力坍
缩,导致一个超大质量黑洞的形成。(Letter p. 1082; News & Views)


小行星对的形成机制(Asteroids two-by-two)
Formation of asteroid pairs by rotational fission
近年来人们对观测主带小行星兴趣日浓,并因此而识别出了数十个小行星对,它们沿近
乎相同的轨道绕太阳运行,尽管实际上并没有结合在一起。人们曾假设,更大天体的转
动分裂是形成它们的一个机制,这一观点得到了一些新观测结果的支持。理论预测,一
对中的两个小行星的质量比例将超过约0.2,而且当其质量比例接近这个上限时,其中
更大一个小行星的旋转周期将会延长。相应地,35个小行星对的光度观测结果显示,其
中没有一个小行星对的质量比例超过0.2,而且当质量比例接近0.2时,初级周期将会变
长。这表明,小行星对是由一个母小行星通过转动融合成一个短寿命的原始双星体系形
成的。(Letter p. 1085)


多体“激子”的上限被确定(Three’s the limit for multiple excitons)
Coherent measurements of high-order electronic correlations in quantum wells
半导体中带电粒子(电子和空穴)之间的长程关联导致“多体效应”,该效应不仅具有
基本理论上的重要性,而且对于光电子应用也很重要。“激子”状态(一个电子和空穴
构成一对的状态)已受到广泛研究,但涉及三个或更多带电粒子的“多激子”状态的性
质在很大程度上是不知道的,因为它们难以通过实验来观测。Daniel Turner 和 Keith
Nelson延伸了一种被称为“多维傅立叶转换光谱”的光谱方法的应用,演示了该方法在
一种砷化镓纳米结构中产生和定性“双激子”、“三激子”及其他未束缚关联的能力。
这个实验涉及同时控制多达7个“光场”的几何、时间延迟和光相位。这些发现具有基
本理论上的重要性,因为以前人们连 “三激子”(涉及六个粒子之间的关联)是否能
存在都不知道。本文作者们还提出明确证据证明,“四激子”状态不存在,从而为这种
类型的半导体体系中的多体关联指出了一个上限。(Letter p. 1089; News & Views)


海洋生物多样性普查(Marine biodiversity survey)
Global patterns and predictors of marine biodiversity across taxa
在长达十年的“海洋生物普查”项目基础上,对来自13个分类群(包括浮游动物、植
物、无脊椎动物、鱼类和哺乳动物)的11,567个海洋物种的分布数据所做的一项全球分
析显示,温度是各种分类类别的生物多样性的一个主要关联因子,较温暖的水域中多样
性较高。该分析还显示了另外两个截然不同的趋势:沿海物种在西太平洋多样性最高,
而海洋物种在中纬度地区多样性最高。这与陆地物种形成对比:陆地物种在热带地区多
样性最高。(Letter p. 1098)


对混沌生态系统进行统计对比的方法(Coping with chaotic ecology)
Statistical inference for noisy nonlinear ecological dynamic systems
很多生态系统都有混沌的或近乎混沌的动态。在这种情况下,难以验证相关数据是否符
合具体模型,因为噪音使得与模型进行统计对比不可能进行。现在,Simon Wood设计了
一个进行这种推断的统计模型,其所依据的是从原始数据提取对相位变化不敏感的汇总
统计,并与从该模型模拟出的数据进行对比。研究人员通过对一个著名问题的应用演示
了该方法,这个问题是:John Nicholson关于铜绿蝇(Lucilia cuprina)种群规模的经
典生态实验中的周期的性质。(Letter p. 1102)


SIRT1在记忆中所起的一个作用(A role for SIRT1 in memory)
A novel pathway regulates memory and plasticity via SIRT1 and miR-134
SIRT1是在DNA修复和基因组稳定性中所涉及的一种脱乙酰酶,最初是在非哺乳动物模型
系统中作为寿命的一个调控因子被识别出的。虽然人们认为它在正常脑生理中发挥功
能,但过去并不知道SIRT1是否参与高等脑功能。现在,Gao等人演示了SIRT1的这样一
个作用:其激发能增强突触强度和记忆形成。这些依赖于SIRT1的效应是通过一个“转
录后”机制调控的,该机制涉及CREB激发和miR-134生成。SIRT1激发、 miR-134水平和
突触蛋白之间的这种互动构成弹性调控的一个以前未被识别出的机制,并且表明,
SIRT1激发对于涉及认知损伤的神经退行性疾病可能具有治疗潜力。(Letter p.
1105)


Rb抑制因子和细胞命运(Rb suppressor and cell fate)
Rb regulates fate choice and lineage commitment in vivo
肿瘤抑制因子Rb(视网膜母细胞瘤蛋白)在约三分之一的人类肿瘤中发生突变。它抑制
某些转录因子的活性,增强其他转录因子的活性,并且在体外被发现影响不同细胞系的
分化。现在,Jaqueline Lees及其同事发现,在小鼠骨肉瘤模型中,在体内,Rb在决定
骨细胞与棕色脂肪组织的形成之间的命运选择中扮演一个角色,通过骨头和脂肪主调控
因子Runx2 和PPARgamma发挥作用。(Letter p. 1110)


第一种α-N-甲基转移酶被发现(Alpha-N methylation enzyme)
NRMT is an α-N-methyltransferase that methylates RCC1 and retinoblastoma
protein
Alpha-N 甲基化是一种不寻常的“转录后”修饰,在其中,蛋白的氨基酸末端残基被甲
基化。人们对其功能知之甚少,尽管在一个例子(即“Ran鸟嘌呤核甙酸-交换因子
RCC1”)中甲基化是其与染色质结合所必需的。30多年前曾有人提出,也许存在一种真
核α-N-specific甲基转移酶,而现在这样一种酶已在HeLa细胞中被发现。Schaner等人
描述了第一种已知的α-N-甲基转移酶,名叫“N-terminal RCC1甲基转移酶”
(NRMT)。他们识别出了“NRMT识别顺序”和几个新的甲基化目标,包括肿瘤抑制蛋白
SET和视网膜母细胞瘤蛋白(Rb)。Alpha-N -甲基化还被发现是正常双极纺锤体形成及染
色体分离所必需的。(Letter p. 1125)

[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年9月2日出版)

封面故事:细菌产生抗药性的机制
Bacterial charity work leads to population-wide resistance
对抗菌素有抗药性的细菌菌种的出现,是临床环境中一个越来越大的威胁,但人们对它
们出现的过程却不是很了解。利用暴露于浓度不断增大的氟喹诺酮抗菌药“诺氟沙星”
的一个大肠杆菌连续培养物所做实验表明,少数自然出现的抗药变体能保护其种群的绝
大部分。这些具有高度抗药性的分离菌种产生信号作用分子“吲哚”,它能激发易感皮
肤中的药物外排泵和其他保护机制。这种利他行为使较弱的成分能够存活,并有机会进
行有益的突变。对细菌的细胞内通信的使用情况进行更多研究,对于用以控制抗药性细
菌感染的临床干预手段的合理设计可能会被证明是有价值的。本期封面上的“红十字”
图是用数字化手段从大肠杆菌种群的图像生成的。(Letter p. 82; News & Views)
(封面图片由David Ascano、 Henry Lee、Michael Molla 和James Collins提供。)


气候变化对中国水资源和农业的影响(China’s growth factor)
The impacts of climate change on water resources and agriculture in China
中国从2010年中期开始成为世界第二大经济体,并有望在几十年内成为第一大。该国具
有巨大的气候和生态多样性。中国经济扩张对全球气候的可能影响已受到广泛研究,但
人们对相反的过程——即中国自然系统和受控系统面对气候变化的脆弱性——却知之甚
少。在一篇Review文章中,朴世龙(音译)等人对历史和未来气候变化对中国水资源和
农业的影响进行了评估。他们发现,气候方面(尤其是气温方面)存在明显趋势,但总
体影响却被作物响应和预期气候(尤其是降水)的自然变化及不确定性所遮掩。按照一
个最佳情景,作物产量是恒定不变的,而按照最差情景,作物产量到2050年将有可能减
少约20%。(Review p. 43)


第三个人类基因组单体型图完成(Third-generation HapMap)
Integrating common and rare genetic variation in diverse human populations
“国际人类基因组单体型图联合项目组”是为绘制一个人类基因组单体型图、以描述
DNA序列变化的共同模式而成立的。现在,该机构已绘制出了其第三个单体型图。第一
个单体型图(HapMap1)是2005年发表的(go.nature.com/gJisDm),含有超过100万个
SNP(单核苷酸多态性)基因型,是由来自4个不同地域的人群的269个个体产生的。两
年之后,第二个单体型图(HapMap2)(go.nature.com/WttNWX)为这269个个体的原始
单体型图中增添了超过210万个SNP。第三个单体型图(HapMap3)的目标是,为最新一
轮以疾病关联为重点的全基因组研究提供一个资源,所以其网撒得更宽。大约160万个
共同SNP在来自11个全球人群的1184个个体中被确定了基因型,并且10个100-kb的区域
也在这些个体的692个当中被测序。(Article p. 52)


刀刃上的神经细胞(Neuronal cells on knife-edge)
Neurotrophin receptors TrkA and TrkC cause neuronal death whereas TrkB does
not
周围神经系统的神经元如果要存活,就需要营养因子,即维持细胞增殖和发育的自然生
长因子。中枢神经系统中的大多数神经元可以不需要这种支持。那么为什么周围神经系
统会如此需要呢?Nikoletopoulou等人利用通过基因工程方法获得的胚胎干细胞发现,
神经营养因子受体TrkA 和 TrkC在发育中的神经元中起“依赖受体”(dependence
receptor)的作用,在没有保护因子的情况下触发细胞死亡。TrkB(主要在中枢神经系
统中表达的一种密切相关的受体)不会这样。这表明,伴随周围和中枢神经系统的分离
而出现的Trk 基因家族的扩大,也许为细胞数量控制生成了一个机制。(Article p.
59)


碳星IRC+10216光谱中发现十几条水线(Water features in old stars)
Warm water vapour in the sooty outflow from a luminous carbon star
2001年在衰老中的碳星IRC+10216周围发现了水蒸气,这一发现出乎意料,因为恒星演
化模型预测,在富碳恒星中几乎没有水。人们对此提供了几个解释,但由于在一个富碳
的、处于演化晚期的恒星的光谱中只检测到一个水线,所以难以对不同解释进行区分。
现在,欧洲航天局Herschel卫星的观测工作在IRC+10216的远红外和亚毫米光谱中发现
了十几条水线。这些水线包括能量相应于1,000 K左右温度的高激发线,它们只能通过
在包络线里面的高温“煤烟”区存在水来解释。(Letter p. 64; News & Views)


生命模式的形成机制(The patterns of life)
Polar patterns of driven filaments
由很多自我推进的单一成分构成的复杂体系中的模式形成是一个普遍现象,见于鸟群、
微生物群落和细胞骨架等多样化的体系中。由于没有一个足够简单的模型,因此为其机
制提供一个统一解释的工作进展一直缓慢,但现在有了这么一个能扮演该角色的候选对
象。这个新的实验体系涉及由运动蛋白推进的肌动蛋白细丝,它们被固定在一个表面
上。在一个临界密度之上,这些细丝会自组织成相干运动的结构,并且不断进行密度调
制,如成团、涡旋及形成互相连接的带状结构等。实验观测和模拟显示了这些有序结构
的组合和分解的各种不同机制,并且也表明,弱的和局部的取向互动是模式形成所必需
的。这个体系的可控性及向更复杂互动扩展的范围之广,应当使其非常适合对“宏观
序”(macroscopic order)从微观互动的出现进行研究。(Letter p. 73; News &
Views)


对“oncomiRs”上瘾的肿瘤(Tumour addicted to oncomiR)
OncomiR addiction in an in vivo model of microRNA-21-induced pre-B-cell
lymphoma
微RNA (miRNA)是调控基因表达、在确定细胞身份中起重要作用的小RNA分子,它们被与
人类癌症联系了起来,在人类癌症中,它们被称为“oncomiRs”。关于癌症形成的一个
模型认为,增值的细胞变得对激发某个致癌基因中的突变“上瘾”,而且也曾有人提
出,肿瘤也会变得依赖于“oncomiRs”。现在,用小鼠(研究人员通过基因工程方法使
这些小鼠表达微RNA-21 (miR-21),该微RNA迄今为止在所分析过的大多数肿瘤类型中都
过度表达)所做研究表明,miR-21诱导pre-B-cell淋巴瘤;在没有它的情况下,恶性细
胞发生凋亡和退化,正如按它们对其存在“上瘾”(的假设)所预期的那样。因此,
“oncomiR-21”和其他类似 miRNA的药理灭活应有治疗效果。(Letter p. 86)


细胞分裂中独立于纺锤体的卵裂沟形成机制(Where cells divide)
A spindle-independent cleavage furrow positioning pathway
在后生动物细胞分裂的“教科书”模型中(该模型建立在对较大海洋动物细胞和
Candida elegans细胞所做的一个世纪的研究基础之上),有丝分裂纺锤体被假设引导
卵裂沟的位置。现在,以检验这一模型是否足以解释一个较小细胞(果蝇成神经细胞)
的非对称分裂过程中的卵裂沟位置为目的的实验表明,它是不能的。相反,一个新的路
径在发挥作用,在这个路径中,Pins (partner of Inscuteable)极性复合物将形成卵
裂沟的蛋白极化到基底皮层,在这里它们诱导收缩环形成。这种独立于纺锤体的细胞动
力学卵裂沟机制可能与其他高度极化的细胞类型也相关。(Letter p. 91)


抗“阿尔茨海默氏症”药物的一个新目标(New Alzheimer’s target)
Gamma-secretase activating protein is a therapeutic target for Alzheimer’s
disease
关于预防“阿尔茨海默氏症”药物的研发工作的一个主要焦点一直是,试图研发能减少
神经毒性淀粉质-β肽在脑中积累的化合物。这种努力几乎没有成功的,部分是因为阻
断γ-分泌酶的药物引起严重副作用,因为它们也阻断Notch(很多体内平衡功能所需的
一种信号蛋白)的处理。现在,研究人员发现了一种“γ-分泌酶激发蛋白”(GSAP),
它选择性地控制淀粉质-β肽生成,而不会影响Notch解理。这个发现为抗“阿尔茨海默
氏症”药物提出了一个可能的新目标。抗癌药物imatinib (Gleevec)已知抑制淀粉质-
β肽形成,而不会影响Notch解理,它被发现通过对GSAP的一个效应发挥作用。这表
明,与imatinib 不同的是,能穿过“血脑屏障”的GSAP抑制因子也许有望能治疗“阿
尔茨海默氏症”。(Letter p. 95; News & Views)


确定RNA结构的一种新方法(RNA in close-up)
Genome-wide measurement of RNA secondary structure in yeast
尽管RNA结构对其调控和功能很重要,但在实验中已经了解的RNA结构相对很少,而且也
没有对RNA结构进行高通过量测量的实验方法。相反,计算方法是全基因组应用的标准
方法。不过,新技术已使人们能够在更大规模上对RNA结构进行计算。Kertesz等人利用
一种深度测序方法来确定酿酒酵母整个转录组的结构。他们获得的结果为二级结构在翻
译中的作用提供了有趣的提示,并且为研究这类结构何以能根据环境条件而改变搭建了
舞台。(Letter p. 103)

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[自然要览](选自英国Nature杂志,2010年9月9日出版)

封面故事:石墨烯的离子绝缘性及其应用
Graphene as a subnanometre trans-electrode membrane
厚度达到原子级的石墨薄层(被称为石墨烯)在材料平面上有很高的电导性。现在,来
自哈佛大学和麻省理工学院的研究人员发现,当用作将两个液体库分开的薄膜时,石墨
烯具有很强的离子绝缘性,而其平面内的电子性质则强烈依赖于界面环境。该薄膜阻止
离子和水流过它,但能将各种不同离子和其他分子吸引到其两个接近程度达到原子级的
表面。这个性质可以导致各种不同的分析应用。例如,本文作者们发现,当在这些“跨
电极”薄膜上钻一些直径为几纳米的孔时,便有可能将一个长DNA分子穿过石墨烯的纳
米孔。该DNA阻断离子的流动,从而产生一个反映该分子大小和构形的特征电信号。这
样一个体系具有用作可大大降低DNA测序成本的装置之基础的潜力。(Letter p. 190;
News & Views)封面图片:Paul Montie Design


“泛素-蛋白酶体”中基质降解的调控机制(Regulated destruction)
Enhancement of proteasome activity by a small-molecule inhibitor of USP14
在“泛素-蛋白酶体”系统(该系统通过降解受损的或多余的蛋白而在真核细胞中扮演
一个重要角色)中,注定要被破坏的基质被“泛素链”共价修饰,随后又被蛋白酶体降
解。现在,一个新的调控机制已在人体细胞中被识别出来,蛋白酶体活性通过这个机制
来被“泛素链”的长度调控。“去泛素化”酶Usp14可以通过修剪“泛素链”来抑制与
泛素结合在一起的基质的降解。而且,研究人员还用一种化学筛选方法识别了Usp14的
一个小分子抑制因子,用这种化合物对哺乳动物细胞进行处理,会导致包括氧化蛋白和
致病有毒蛋白在内的各种不同基质的更多清除。因此,蛋白酶体活性的刺激也许为降低
细胞中有毒蛋白水平提供了一个策略。(Article p. 179)


“新仙女木”时期气候变化的全球化程度(Younger Dryas blows hot and cold)
Glacier retreat in New Zealand during the Younger Dryas stadial
“新仙女木” 时期(Younger Dryas)指距今大约12900年前北半球突然变冷的一个时
期,它也许是气候突变的已知最好例子。但“新仙女木” 时期的全球化程度是一个存
在激烈争论的话题,尤其是对新西兰冰川行为的记录而言。对“新仙女木”时期新西兰
南阿尔卑斯山中冰川生长和退却模式所做的一个新的重建支持这样的观点:北半球的温
度降低通过一系列气候反馈引起南半球的变暖和冰川退却。(Letter p. 194; News &
Views)


智利大地震的震后研究(Mind the seismic gap)
2010 Maule earthquake slip correlates with pre-seismic locking of Andean
subduction zone
对最近在智利莫尔地区发生的8.8级地震所在地点周围地区的地震数据和GPS 观测结果
所做分析,同时结合对安第斯消减带的模拟研究,被用来构建这次地震的详细情景。这
次地震发生在一个“地震空白带”上,它是1835年以来尚未发生过一次大地震的断层的
构成部分,并且似乎已经释放了自那时以来所积累的大部分应力。观测结果表明, 在
单粗糙峰尺度上的“共震滑动”、因而未来大地震的地震潜力也许可以由大地测量观测
结果来预测。(Letter p. 198)


胸椎上有驼峰状结构的恐龙(A dinosaur gets the hump)
A bizarre, humped Carcharodontosauria (Theropoda) from the Lower Cretaceous
of Spain
在西班牙Las Hoyas发现的一种中等大小恐龙的一个几乎完整的、保存非常完好的骨
架,对于有关羽状结构作用和起源的辩论有参考价值。新发现的“鲨齿龙”在尺骨上有
所谓的“正羽”,这使得它成为已知具有这种特征的最基础的兽脚恐龙,也扩大了解释
这一亚类恐龙中羽毛起源的可能性范围。不过更为神秘的是,这种恐龙有一个驼峰状的
结构,源自神经棘,在两个胸椎上,没有明显功能。(Letter p. 203)


与脑畸形相关的基因(Gene linked to brain malformation)
Whole-exome sequencing identifies recessive WDR62 mutations in severe brain
malformations
对与异常皮层发育相关的基因位点的识别,因遗传异质性、小家庭规模和不能反映分子
发病机制的诊断分类而复杂化。这些障碍在一项采用“全外显子组”(whole-exome)测
序方法的研究中已被克服。在“WD重复区域-62” (WDR62)基因上所发生的隐性突变,
被发现引起一系列看起来迥然不同的脑异常,包括小头症、巨脑回和小脑发育不良(在
一例中发现有这种异常)。与其他已知的小头症基因不同的是,WDR62不与中心体结
合;它从位置上来讲主要在细胞核中,并且在胚胎神经发生过程中在新皮层中瞬时表
达。(Letter p. 207)


p53基因被剔除的大鼠首次培育成功(On target for p53 knockout in the rat)
Production of p53 gene knockout rats by homologous recombination in
embryonic stem cells
大鼠是一种用于研究人类生理和疾病的广泛使用的动物模型,但功能基因组学和遗传研
究一直因基因定位工具有限而受阻。现在,应其龙(音译)及其同事建立了通过大鼠胚
胎干(ES)细胞中的同源重组来进行基因定位的方法,并且首次培育出了p53基因被剔除
的大鼠,它们适合对普遍存在的肿瘤抑制因子p53进行生理研究和药理研究。(Letter
p. 211; News & Views)


HIV-1感染与树突细胞的关系(HIV-1 in dendritic cells)
A cryptic sensor for HIV-1 activates antiviral innate immunity in dendritic
cells
HIV-1 (人免疫缺陷病毒-1)感染不能将干扰素导入其所感染的细胞中,但其中所涉及的
机制却没有被确定。树突细胞(皮肤、粘膜和淋巴组织中的免疫细胞)调控病原体的先
天检测及在适应性免疫中所涉及的其他免疫细胞的激活,但却不是为了对付HIV。树突
细胞对HIV感染是有抵抗力的,虽然它们也的确与该病毒结合,并且被认为帮助
T-helper细胞的感染。现在研究表明,当HIV感染的通常阻断被树突细胞绕过时(通过
暴露于 Vpx accessory 来实现,它是一种来自猴免疫缺陷病毒SIVmac的蛋白),HIV便
不会诱导I-型干扰素响应和T-细胞激发。HIV-1的毒性也许与其能够通过呆在树突细胞
之外来逃避先天免疫的能力有关,而且这一策略的运用可能有助于疫苗设计。(Letter
p. 214)

端粒在没有端粒酶时的稳定(Telomeres stabilized without telomerase)
HAATI survivors replace canonical telomeres with blocks of generic
heterochromatin
真核染色体的端部由被称为端粒的重复序列组成。各种不同蛋白与端粒结合来保护它们
不发生降解或不受不适当的DNA修复响应的影响,而它们的长度是由一种专门的逆转录
酶——端粒酶来维持的。Jain等人发现,在没有端粒酶时,端粒可以通过放大和重组那
里的异染色质序列来维持。这个过程需要组蛋白甲基化和两种端粒结合蛋白Pot1 和
Ccq1。这些发现提出一个机制,通过该机制,癌症细胞也许可躲过端粒酶激发的要求。
(Letter p. 223)

端粒怎样躲避“修复”?(How telomeres evade ‘repair’)
Telomeres avoid end detection by severing the checkpoint signal transduction
pathway
染色体的端部(被称为端粒)对细胞提出了一个挑战,因为它们看起来非常像双链断裂
所产生的一个端部,但如果这样来对待它们时,DNA损伤修复系统便会启动一个检查点
响应,引起端粒-端粒融合。现在,Carneiro等人发现,端粒缺少吸收Crb2/53BP1所需
的两种类型的组蛋白修饰,而如果没有Crb2/53BP1,即使其他DNA损伤响应蛋白被吸收
到一个Taz-1缺陷端粒上,检查点也不会被激发。这些组蛋白修复依赖于两种端粒结合
蛋白Pot1 和 Ccq1。(Letter p. 228)
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本栏目主要介绍最新科技发展动态方面,包括最新的现代科学研究成果、现代科技方向、现代科学技术动态、自然要览2010年7月1日-2010年9月9日出版等。特别关注有关人与文化的价值方面的研究。

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