本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

2月1日《Nature》

封面故事：美国飞天新计划：重返月球+造访火星

本期封面照片是“阿波罗-11”任务期间尼尔•阿姆斯特朗拍摄的，照片所示为Buzz Aldrin带着EASEP科研仪器前往该仪器的部署地点。三年前，在题为“The Vision for Space Exploration”的文件中，美国国家航空天局（NASA）介绍了关于太阳系探测活动的一个新框架，新的探测活动将像30多年前“阿波罗”时代那样再次令人振奋。新框架的执行情况如何?在该新框架中，优先执行的计划包括重返月球计划以及为首次人类飞向火星做准备等。在本期Nature上（第474页），Geoff Brumfiel报告了该项目前三年的进展情况。封面图片：NASA AS11-40-5942

一个涉及三个密切相关基因的气孔生物合成通道

气孔是植物的气体交换结构，是让植物能够征服大地的关键发明之一。地球上全部植物的气孔活动一起对全球碳和水循环有重要影响。所以，气孔生物合成通道的发现将有广泛意义。两个小组在本期Nature上报告，他们识别出一个涉及三个密切相关的基因的相继表达的通道，这三个基因分别是SPEECHLESS、MUTE 和 FAMA。这表明，三个密切相关的基本“螺旋-环-螺旋”（helix-loop-helix）蛋白的连续行动控制着气孔分异，这是一个与动物的细胞类型分异极为相似的机制。

TBPb的人类同源结构被发现

端粒（线性染色体的端部）受各种结合蛋白的保护。纤毛虫中一个重要的端粒结合复合体是TBPalpa/beta。人类有一个TBPa同源结构POT1，但此前TBPb在纤毛虫以外的生物中没有被发现。现在，两个研究小组各自独立地识别出，神秘莫测的 TBPb的人类同源结构为TPP1。令人吃惊的是，当POT1-TPP1复合体结合到端粒DNA上时，它并不抑制端粒酶的活性，而其他端粒结合蛋白却会抑制。相反，它会刺激端粒酶活性和核苷酸添加速率，即由核心端粒酶添加核苷酸的速率。

能探测浓度低于100毫微微摩尔未标记抗体的传感器

半导体纳米线有可能用作高度灵敏的、高选择性的传感器，来探测低浓度的致病微生物，而不需要对所探测的病原体进行标记。实用微型传感器可用于诊断、国土安全和基础研究。当前的技术因各种原因尚未被广泛采用，其中包括将纳米尺度的设备集成进实用传感器中所存在的困难。现在来自耶鲁大学五个系的一个研究小组研究出解决这一问题的一个新方法。他们利用最新的（CMOS兼容的）系统制成了微型的、超灵敏的传感器，可探测浓度低于100毫微微摩尔的未标记的抗体，并且能够实时监测细胞免疫反应。

现代版麦克斯韦“思想实验”

在其1867年的经典的“思想实验”中，麦克斯韦设想了一个守卫着将两个充满气体的腔室分隔开的活门的小魔鬼。通过只允许快速运动的分子从左向右通过、只允许慢速运动的分子从右向左通过的方式，这个小魔鬼诱导了右腔室自然加热、左腔室自然冷却的现象。这种偏离平衡的现象是违反热力学第二定律的。来自爱丁堡大学（距麦克斯韦的出生地不远）化学学院的一个研究小组现在研制出一种分子“机器”，它能模仿麦克斯韦的小魔鬼是如何破坏平衡的。小魔鬼的这种分子化身是一种特殊设计的Rotaxane，即缠绕在一个中心轴上的一个分子环，中心轴上有这个分子环可以附着的结合点。以前的Rotaxane机器是通过扰乱它们的环结合模式来激发的，它们的环结合模式被扰乱后，会导致环在结合点之间来回运动，从而使体系回到平衡态。在这种新的Rotaxane机器中，关于环运动的信息被用来使该体系远离平衡态。但这里热力学第二定律并没有被违反，因为需要能量（能量是以光的形式提供的）来收集和传输分子信息。

一个演示物种间相互作用重要性的实验

生物膜是微生物群落的专门的生存环境，在这种环境中，它们通过一种由其自己分泌的细胞外聚合物材料与外界隔绝。这样形成的微生物垫曾在复杂性和生物多样性方面被与热带雨林相比。这种生物膜所承受的选择压力很可能要求各种细菌之间要有强烈的相互作用，而利用一个只含有两个物种（即土壤中的细菌Pseudomonas putida 和 Acinetobacter sp.）的简单群落所做的一个实验正好反映了这种相互作用关系有多么紧密。若以对两个物种都有利的方式改变该群落的物理结构，会导致其中一个物种的基因组发生一个简单的突变。在缺少一个伙伴的情况下，这种突变（发生在P. putida中）将是有害的。这一体系说明了物种间相互作用的重要性，并且对关于这些相互作用演化方式的研究工作也可能会有用。

TRPA1离子通道的激发机制

存在于痛觉神经元中的TRPA1离子通道会对有害的和刺激性的化合物做出反应，也会对寒冷做出反应。用小鼠做的基因剔除实验证实，TRPA1是一种生理上要求的痛觉传感器。如此多样的刺激何以激发TRPA1以前并不清楚，但Macpherson等人现在发现，TRPA1是被其半胱氨酸残体的共价修饰激发的。蛋白质被半胱氨酸活性试剂修饰并非不寻常，但这是第一次发现离子通道以这种方式被激发。TRPA1激发在对亲电性毒性和氧化性压力的响应中所起的作用也许是就可能发生的组织损伤向生物体发出警告。

与bicoid mRNA定位有关的特异性因子被发现

虽然bicoid mRNA（果蝇的前决定因子）是于1988年首次被定位的决定因子，但此前仍然不清楚它是怎样被定位在果蝇卵的前部的。现在，Uwe Irion 和 Daniel St Johnston已经识别出了这个神秘的特异性因子，它将RNA耦合到定位通道上，成为ESCRT-II复合物。ESCRT-II在对已经通过细胞内吞作用从细胞表面进入降解通道的蛋白质进行分类中起重要作用，并通过抑制生长因子受体来抑制肿瘤形成。但bicoid mRNA的定位是独立于内吞分类的，而且因为大鼠的ESCRT-II也结合RNA，所以mRNA定位中这一新颖的功能似乎在哺乳动物中被保留了下来。

2月2日《Science》

沿海海水上涌的增加与变暖有关联
新证据提出，摩洛哥海岸冰冷深海水的上涌在20世纪变得异常地强有力，这可能是全球气候变化的结果。海水上涌现象对海洋生物有重要的意义，这个过程把富含养分的海水升到海洋表面。沿海上涌区只占不到全球海洋表面的1%，但是这些区域提供世界上大约20%的鱼产量，所以全球变暖可能会影响沿海区域海水上涌的强度或范围的可能性对经济有重要的意义。Helen Victoria McGregor和同事构造了非洲西北边缘过去2500年的海洋表面温度记录。这些来自罗马尼亚和德国的作者发现在上100年中，表面海水有明显的变冷，他们将其解释为更强的沿海风导致海水上涌的增加。他们还发现，海水表面温度的变化是随着全球表面空气温度改变的，意味着如果气候继续变暖，沿海海水上涌会进一步增加，这对渔场和碳循环有潜在的重要影响。
报告：Rapid 20th-Century Increase in Coastal Upwelling off Northwest Africa, H. V. McGregor, M. Dima, H. W. Fischer, and S. Mulitza

气候变化比IPCC预测的更大?
政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)2001年的评估报告曾总结了计算机气候模型的预测结论，一项新研究比较了这些预测与实际的气候测量结果，提出预测可能低估了气候变化的程度，尤其是海平面的上升。Stefan Rahmstorf 和同事汇集了1990年至今观察到大气二氧化碳浓度、空气温度、以及海平面等气候趋势的数据，将其与2001年IPCC报告中的模型预测做了比较。 (IPCC将在2月2日发布其最新的报告。) 作者发现，二氧化碳浓度与预测值的符合程度最密切，全球陆地和海洋平均表面温度处于IPCC预测范围的高端，而观察到的海平面上升比模型预测的要快。在本期这篇简报中，文章作者指出，他们的研究涉及的时间段很短，所以因此做出未来海平面将会以同样的速度上升的结论还为时过早。他们说这些发现显示，过去的预测没有夸大气候变化的程度，也许可能低估了某些方面。
科学特快简报： Recent Climate Observations Compared to Projections, Stefan Rahmstorf, et al.

血凝素是人类流感传播的关键
研究人员发现，流感血凝素看起来在流感病毒在人类中高效地传播上起重要的作用。血凝素是流感病毒表面的一个用来与宿主细胞结合的蛋白质，能高效地传播是造成大流行性流感病毒需要具有的关键性质。了解流感的传播将帮助研究人员阻止流感扩大的挑战，人们目前尤其担心的是禽流感在鸡中的流行以及禽流感扩散到人类的可能性。Terrence M. Tumpey和同事研究了他们2005年重建的1918流感病毒表面的血凝素蛋白质。1918年的流感病毒导致一次流感大流行，估计在1918年到1920年间造成了至少5000万人的死亡，而且该病毒有一些与禽流感病毒类似的基因序列。研究人员改变了1918病毒血凝素的两个氨基酸，将其哺乳动物构型改为禽构型，然后接种给雪貂。雪貂为流感病毒的人类传染性起好的预报作用。接种1918“禽”血凝素病毒导致雪貂患重症，但是健康的雪貂与有病的雪貂近距离的接触没有使它们患病。这些发现提出，一个流感病毒要能高效低传播，其血凝素必须偏爱与人类上呼吸道中的宿主细胞结合，而不是喜欢与鸟的宿主细胞结合。
报告：A Two-Amino Acid Change in the Hemagglutinin of the 1918 Influenza Virus Abolishes Transmission, Terrence M. Tumpey, et al.

嗅觉缩短了果蝇的长寿
一项研究指出，食物的嗅觉特征也许是调节寿命的一个关键，食物的味可能是潜在的可得到的营养的信号。过去的研究曾显示，包括啮齿类以及可能包括灵长类的大多数动物，它们射入的热量被严格限制时，寿命会更长。在这些研究的基础上，Sergiy Libert 和同事让两株被严格限制热量的果蝇Drosophila melanogaster闻到酵母的味道，酵母是果蝇食物的主要成分。这些果蝇的寿命被缩短了6%到18%。但是，食物的味没对热量不受限制的果蝇的寿命没有影响。为了证实被严格限制热量的果蝇的缩短寿命与食物气味的关联,研究人员用没有OM83b基因的果蝇做试验，该基因是强嗅觉的关键。他们发现，嗅觉不好的果蝇活得更长。
科学特快报告：Regulation of Drosophila Life Span by Olfaction and Food-Derived Odors, Stas Barabash, Andrei Fedorov, Rickard Lundin, and Jean-Andre Sauvaud

有心理是什么意思？
新研究提出，当我们考虑另一方的心理时，不管该方是人、动物、还是没有生命的东西，我们意识到两种心理特性。Heather Gray和同事指出，过去的研究探索过黑猩猩或年幼的儿童是否意识到其他生物具有心理，但是这些研究只考虑了两种可能性：心理存在或不存在。新的发现表明，我们对某方是否有心理的意识要比这两种可能精细。本文的作者做了一个基于万维网的对2000多人的调查，让他们比较7个不同年龄的人、3个动物、1个死人、上帝、命运、以及爱社交的机器人的心理。本期简报描述了这个调查的结果，表明我们对心理的理解有两个不同的成分，而且其中之一的改变能独立于另一个。一个成分是经验(Experience)，包括感觉饿、恐惧、疼痛、快乐、以及其他感情的能力。另一个成分是作用(Agency)，涉及到自我控制、道德和记忆的能力。比如，上帝被认为具有很大的作用，但是没有多少经验。
简报：Dimensions of Mind Perception, Heather M. Gray, Kurt Gray, and Daniel M. Wegner

人类胚胎干细胞研究的新指导方针
在本期政策论坛中，国际干细胞生物学学会描述了有关人类胚胎干细胞研究的新指导方针。负责产生指导方针的工作组由来自14个国家的科学家、伦理学家、以及法律专家组成。主要指导方针包括：呼吁采用超出现有机构伦理审查委员会(IRB)的监督标准，禁止所有缺乏令人信服的科学根据、或产生强的共同伦理担心的试验-尤其是人类繁殖克隆。指导方针还包括可能携带人类配子的动物繁殖试验、需要明确的知情同意、对卵子贡献者的经济补偿问题（在这个问题上工作组未能达成一致意见）、以及鼓励承诺的方法等方面。
政策论坛：The ISSCR Guidelines for Human Embryonic Stem Cell Research, George Q. Daley, et al.