本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

10月11日《Nature》

封面故事：语言的发展变化

随着语言的演化，便出现了语法规则，不符合语法规则的用法便会逐渐消亡。Lieberman等人根据英语1200年的使用情况计算了一种语言变得比较规则的发展速度。在160个不规则动词中，70个在上个千年里变成规则动词了。如果一个不规则动词比另一个不规则动词罕见100倍，那么它规则化的速度要比后者快10倍。某种规则的出现（比如说给一个动词之后加“ed”来表示过去式）宣告了例外词形的消亡。本期封面图片说明这样一个观点：动词大小相应于使用频率，所以大的动词保持在最前面，而下一个将要消失的不规则动词是“wed”。在另一项研究中，Pagel等人分析了词义是怎样发展变化的。在整个印欧语系中，像“tail”或“bird”这样的单词发展变化非常快，并且可以由很多不相关的单词来表述；而另一些单词，如数字“two”，则由整个语系中词义非常相近的词形来表达。来自超过80种现代语言的数据表明，一个单词使用越多，其变化就越小。

地表比湿增加主要由人为影响造成

大气湿度对降水的分布及最大强度、对热带气旋的潜在强度、对地表水文和人的热应激等都有很大影响。研究人员曾经观测到地球表面的比湿（给定体积的空气中水蒸气与空气之比）显著增加，但这些变化是由于自然影响还是人为影响却不清楚。现在，利用一组关于地表比湿观测结果的新数据，以及一个耦合的气候模型的输出结果，Willett等人发现，全球平均表面比湿在20世纪最后几个十年显著增加，这种增加主要是由人为影响造成的。

否定RNA疗法还为时过早

Nature杂志去年发表的一篇论文似乎断定由RNA干涉调控的沉寂作用来进行基因治疗的前景不妙。该论文表明，大剂量的短发夹RNA会阻断小鼠的微RNA通道，造成致命后果。现在，一项新的研究表明，否定RNA疗法还为时过早。一种不同类型的抑制性RNA——小干涉RNA（siRNAs）——可以给实验鼠施用，而不产生毒性。肝脏微RNA的活性仍然不受siRNAs影响，尽管小鼠和仓鼠肝脏细胞中的目标基因80%被沉寂。

复制基因之间的任务分配

基因复制早就被认定为新基因和功能的一个来源，但大多数复制的基因没有新功能；它们只是将先祖基因的任务再分配。现在，研究人员对一例任务分配进行了详细分析。在酿酒酵母中，半乳糖利用通道包括两个非常相似的基因，编码一种共诱导因子（GAL3）和一种酶（GAL1）。二者是从一个双功能先祖基因传下来的，后者仍然见于其他酵母。两个原始基因之间可能的冲突已经解决，主要是由调控序列中所发生的一系列自适应变化来解决的。这种逐渐的退化花了近1亿年才完成，到GAL3完全失去半乳糖激酶活性才结束。GAL1 和 GAL3集成进了一个更复杂的、也可能更优化的基因通道中。

微RNA与癌细胞转移有关

一种正常作用之一可能是帮助细胞从胚胎的一部分向另一部分运动的微RNA，被发现在侵略性人类乳腺癌中高度表达，调控乳腺癌细胞的迁移、入侵和转移。微RNA（自然出现的单链RNA分子，参与基因调控）以前曾被发现能引起癌症，但这是首次关于它与癌细胞转移有关的报告。微RNA的功能目标似乎是HoxD10基因，它是参与引导胚胎发育的Hox基因家族的一个成员。

由“卡西尼”获得的“土卫二”图片的分析结果

2005年7月14日“卡西尼”飞船掠过“土卫二”时，显示了由土星这颗冰质卫星南极附近发出的水蒸气和冰形成的喷射流。这个地区异常得温暖，最高温度与该卫星表面上四个“虎纹状”表面裂缝相关，它们分别被很有色彩地命名为亚历山大、开罗、巴格达和大马士革。现在，Joseph Spitale 和Carolyn Porco采用三角测量方法对“卡西尼”获得的图像进行了测量，以获得关于最显著的喷射流的来源的准确信息。他们发现，这些喷射流是从虎纹裂缝发出的，最强的来源位于巴格达和大马士革。

测量激光辐射振幅和相位的方法

激光辐射通常是用确定频率和强度的探测器来测量的，但并不收集关于辐射相的信息。通过测量辐射相，将有可能深入了解激光操作背后的光学放大及衰减的动态过程。现在，Kroll等人开发出一种测量来自被称为“量子级联激光器”的激光辐射的振幅及相位的方法，这种激光器在太赫兹范围内工作。该方法也可被延伸到其他类型的激光器，可用来研究导致光损失的效应，这是提高激光表现的有用信息。

第四种形式的铁性

铁性材料（即铁磁性材料、铁电性材料和铁弹性材料）的特性，是分别基于磁化、电极化和弹性形变的“形成畴”（forming domains）的特性。这种特性使得这些材料在技术上非常重要，比如在数据存储中用作铁电记忆装置或用作写在硬盘上的铁磁畴。研究人员根据磁性蜗旋的有序排列（或称作toroidization）又提出了第四种形式的铁性，名叫ferrotoroidicity。现在，这种形式的铁性的先决条件之一已经被观测到，它以方向相反的ferrotoroidic畴的形式存在。ferrotoroidic畴过去曾在磷酸锂钴上通过光学手段观测到，与独立的反铁磁畴共存。Ferrotoroidic状态与其他铁性状态不同之处是，在时间和空间逆转时其行为是不对称的。这种不对称性有可能导致对未来应用来说让人欣喜的可能性。

不良炎症反应的抑制

关于细胞吞噬性血细胞（巨噬细胞和嗜中性细胞）是茶酚胺（去甲肾上腺素和肾上腺素）一个重要来源、能引起急性炎症反应增强的发现有点出人意料。身体对于创伤或感染的炎症反应是为了保护身体，将其恢复到受伤前的状态，但过度的炎症反应会严重伤害组织和器官。用急性肺损伤大鼠和小鼠模型所做的实验表明，吞噬细胞几乎可以充当肾上腺素能系统的第三个组成部分，连接脑中的肾上腺髓质和突触神经元。这些发现提出这样一个可能性：人们不想要的炎症反应（如在动脉硬化、急性心肌梗塞和急性肺损伤等状况中所看到的）在人体中也许可通过肾上腺素能受体阻断来得到抑制。


神经传输物质的转运

最近，一篇具有里程碑意义的论文报告了LeuT的晶体结构。LeuT是依赖于Na+/Cl–的神经传输物质转运蛋白在细菌中的一种同源结构。在这种同源结构中，转运蛋白与两个钠离子和一个基质分子结合在一起。在这一家族的真正的神经传输物质转运蛋白中，氯化物是与钠和神经传输物质共同转运的。Zomot等人将关于LeuT以及来自一个完全不同的家族的一种氯化物转运蛋白的结构和机制知识应用于哺乳动物“神经传输物质/钠转运体”（NSS）转运蛋白，包括GAT-1在内。他们发现，被转运的氯化物离子的作用是中和钠离子所携带的正电荷，并将氯化物结合点的可能位置确定在与其中一个钠离子相邻的地方。由于这些转运蛋白在神经传输调控中的作用，由于它们充当Prozac (fluoxetine)等药物的作用点，因此它们的机制是人们特别感兴趣的。

 

10月12日《Science》

树蛙脚启发研究人员制造可再次使用的胶
研究人员在树蛙触垫的启发下，发明了一种不仅粘合力强、而且可再用的粘性涂料。当你把常规胶纸从表面上撕下来时，裂纹从撕开的部位扩展到胶粘中，使胶纸能够被揭下来。但是，这些裂纹会保留在胶中，这是胶失去粘性的部分原因。树蛙的触垫含有微小通道的图案，减小了裂纹扩散的程度。Abhijit Majumder和印度的同事通过在一种软的弹性材料中加入充满油或者水的微通道的方法制造出一种胶。这些通道阻止裂纹的形成以及通过毛细管力产生表面张力，使弹性材料的粘合力增强大约30倍。而且作者报告说，将一层充满油的通道放在一层充满水的通道之上，使胶纸能很容易地揭下来，但不失去其粘性。一篇相关的研究评述讨论了这些发现以及其它动物脚如何启发研究人员创造粘性材料。
英文摘要：Microfluidic Adhesion Induced by Subsurface Microstructures,Abhijit Majumder, Animangsu Ghatak, and Ashutosh Sharma
英文摘要：Biomimetic Solutions to Sticky Problems,W. Jon. P. Barnes


许多基因突变与癌症有关
研究人员报告说，人类肿瘤的生长看起来是由一大批低频率突变的基因控制的，这些基因中的许多个通过已知的一组相对少的信号通道发生功能。癌症研究人员过去将注意力集中肿瘤中突变频率高的基因上，因为这些基因能容易地用现有的技术检测。Laura Wood和同事在11个乳腺肿瘤和11个结肠肿瘤中确定了18,000多个基因的序列，代表了人类基因组中几乎所有已知的编码基因，并将它们与正常组织中的进行了比较。这些研究人员发现，癌症基因组的“地形”特点是少数突变频率高的“基因山”和大量突变频率低的“基因坡”。这些发现强调了人类癌症的基因多样性。幸运地是，也许有可能搞清楚这个复杂性的意义，因为许多突变趋向于影响一组有限的信号通道。文章作者说，个体基因组学也许在不远的将来能成为现实，因为现有的技术已经能识别患者肿瘤中绝大多数的微妙突变。
英文摘要：The Genomic Landscapes of Human Breast and Colorectal Cancers,Laura D. Wood, D. Williams Parsons, Sian Jones, Jimmy Lin,el al.


土卫六赤道附近的早晨多毛毛雨
新研究发现，土卫六泰坦最亮的名为“世外桃源(Xanadu)”的大陆赤道附近的早晨是下毛毛雨的时间。Máté ádámkovics和同事用来自甚大望远镜(VLT)和Keck天文台的近红外光谱获得了泰坦低层大气和表面的独特图像。他们的数据支持过去来自慧更斯探测器的数据，该探测器曾在泰坦上降落并发现该卫星的天气由甲烷云和毛毛雨形成。与慧更斯在一个地点的检测不同，ádámkovics和同事检测到来自层云层或地平线云的大范围的降下或毛毛雨。这些研究人员提出，大范围的甲烷毛毛雨完成了泰坦上的甲烷循环，也许类似地球上的水循环。研究人员提出，其地理原因是盛行东风将湿润的空气运到山区，晚上的冷却将甲烷雾带到Xanadu。
英文摘要：Widespread Morning Drizzle on Titan,Máté ádámkovics, Michael H. Wong, Conor Laver, and Imke de Pater


科学家测序绿藻基因组
生物学家测序了莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的基因组，作为植物和动物最后的共同祖先分枝的一员，这个绿藻基因组能为多细胞生物的进化和分离提供重要的信息。这种单细胞的藻类大约10亿年出现，是研究光合作用、鞭状体、和能动性的模式系统。通过将绿藻的基因组与其它已知的基因组进行比较，Sabeeha S. Merchant和一个国际研究小组显示，虽然该绿藻与陆地植物的关系最近，它保留了与动物运动用的鞭状体和纤毛类似的基因和特征。文章作者的分析还发现了可能在植物光合作用中起作用的基因，这是一个重要发现，因为研究生物修复和生物燃料的科学家对莱茵衣藻感兴趣。
英文摘要：The Chlamydomonas Genome Reveals the Evolution of Key Animal and Plant Functions,Sabeeha S. Merchant, Simon E. Prochnik, Olivier Vallon, Elizabeth H. Harris, el al.