生物通综合：

4月5日《Nature》

封面故事： 茁长素的调控机制之谜被揭开

植物激素茁长素调控植物生长的机制自达尔文时代以来就一直困扰着科学家。茁长素已知通过结合TIR1（transport inhibitor response 1）受体和通过依赖于泛素（ubiquitin）的Aux/IAA抑制蛋白的降解来调控基因表达。现在，TIR1在与三种不同的茁长素和一种Aux/IAA肽形成的复合物中的晶体结构的确定表明，茁长素起一种“分子胶”的作用，促进受体和作为降解目标的蛋白质间的相互作用。除了揭开茁长素调控机制的奥秘之外，这项工作还首次建立了一种植物激素受体的结构模型。更碰巧的是，一个像茁长素这样的小分子调控泛素连接酶的方式，能让科学家找到开发治疗与泛素连接酶缺陷有关的人类疾病的一个新颖策略。本期封面所示为处在TIR1（蓝色）和IAA7肽之间空腔中的茁长素（表面显示为绿色）。Page: 640

神经回路的光控制

复杂的神经工程技术使得人们有可能对活的脑回路进行成像和控制。这一领域的最新进展涉及将一种来自古细菌Natronomonas pharaonis的光激发的氯化物泵转染（transfection）进小鼠海马体神经元中，从而能够在毫秒时间尺度上对神经活动进行抑制。这种方法可以补充通过一个可以光激发的藻通道来激发神经元的一种现有工具。这两个通道对不同波长的光产生响应，允许对同一回路中的神经活动进行快速双向控制。在完好的动物身上也是这样，因为具有这两个通道的转基因蛔虫C. elegans的运动受光的影响。该体系可以通过遗传学方法定位于特定类型的神经元，因而便出现了这样一种可能性：它有可能导致神经疾病的光学治疗。Page: 633 

火星表面反照率模式变化的确与气候变化有关

火星表面的反照率模式（由所反射的光对所接收的光的比例的局部变化引起）在不断变化。现在火星全球环流模型被用来确定这些变化是否与气候变化有关，所获得的答案是，是的，它们是与气候变化有关。火星表面上大片地方在过去三十年里变黑了，这是因为那里的尘土被刮走了。气候模拟表明，这些变化造成气温升高，风压增大，尘暴增强，在尘埃侵蚀和反照率之间产生了一个正反馈环。这些条件与所观测到的极地盖侵蚀是一致的，甚至还会影响大型沙尘暴的触发。Page: 646 


阿秒电子隧道效应的实时观测

暴露于强光下的原子会失去一个或多个电子，变成离子。在强光场中，这种类型的离子化通过电子隧道效应发生，该效应是当电子接受的能量太多、以至于它们能够通过“隧道”穿过正常情况下将它们与原子核束缚在一起的电势障碍时出现的。现在，这一过程已经在数百阿秒（一个阿秒是一秒的十亿分之一的十亿分之一，即10-18秒）的一个时间尺度上被实时观测到。目标氖和氙原子被超快远紫外脉冲电离，然后利用专为此目的而定制生成 的近红外脉冲被观测到。这种“阿秒隧道效应”光谱技术应能用来控制和帮助了解原子及分子内的电子的动态。Page: 627

32亿年前地球磁场的方向和强度

地球的地磁场保护我们不受有害太阳辐射的影响，同时还为了解地核的性质提供了线索。科学家对其年龄尤其感兴趣，因为它能帮助确定地球的早期性质。太古代Kaapvaal克拉通（南非）的岩石是地球上保存最好的岩石之一，对来自这些岩石中的微型磁铁矿包容物的硅酸盐晶体所做的一项分析，被用来获取距今32亿年前地球磁场的古方向和强度，这是关于“地球发电机”（geodynamo）系统的最早记录。当时的地球磁场强度似乎只有现在的大约一半，这表明早期地球的大气层的确是受一个可靠的磁气圈保护而不会受到太阳风的侵蚀。Page: 657 

关于陡山沱期微型化石的新观点

由中国南方陡山沱期磷化微型化石被鉴定为早期动物胚胎的发现所引起的争论还在继续。最近有人提出，这些距今大约6亿年的微型化石可能是能够氧化硫的巨型细菌，与现存的硫珠菌(Thiomargarita)类似。人们对这一观点进行了验证，发现它是有欠缺的，至少对其中的一些标本来说是这样。新的观测结果显示，这些胚胎一样的化石中有些被发现存在于被称为“疑缘类”(Acritarchs)的精致的有机囊中，这与被称为胚胎滞育（diapause）的一种生殖策略是一致的（所谓胚胎滞育指的是早期胚胎进入一种休眠的“卵囊”状态）。这表明，这些生物是真核生物。对“巨型细菌”解释的进一步质疑来自Nature杂志“Brief Communications”栏目的一篇在线投稿，该文提出，细菌一样的微型化石可能曾经被化石形成和保护过程中的异常情况剥去了其外层。Page: 661 

小群体与大机构之间的根本差别

社会群体以电子方式进行互动的动态，在现代社会运行方式中居中心地位。对由个人组成的两个群体（相互协作的科学家和手机用户）之间的信息交换模式所做的一项研究，被用来设计一个算法，该算法将信息交换与群体稳定性联系了起来。所获得的数据表明，小的群体有少数几个很牢固的关系处于核心地位。只要这些关系存在，群体就会维持下去。但对于大的团体来说，持续变化是稳定性的关键。这些发现为小群体与大机构之间的根本差别提供了一个新观点。Page: 664 

应对细菌抗药性的策略

任何药物的使用，其本身都会产生对具有抗药性的突变体的选择，这是抗菌疗法不可逾越的障碍。但一项新的研究工作得出的结果表明，选择不产生抗药性也许是有可能的。过去，研究人员通过一系列组合药物剂量，对那些对药物敏感的细菌和对药物有抵抗力的细菌的生长速度进行了灵敏的测量，对它们之间的竞争情况进行了分析。在一定的亚致死浓度时，doxycycline 和 ciprofloxacin的一种混用剂型优先选择野生型埃希氏杆菌，而不是在一种实验室培养中的一种有抵抗力的菌种。这个明显的矛盾可以通过一个简单的几何观点从理论上来理解。当然，亚致死浓度在临床上没有意义，但这项工作的确表明，通过进一步研究，也许就可以找到对抗药性的选择有所改进的抗菌组合。Page: 668 

一项关于八目鳗胚胎学的重要研究工作

八目鳗是与七鳃鳗有关的无颚脊椎动物，也是已知最原始的脊椎动物。它们是如此地原始，以至于连脊椎都没有。关于这种生物发育情况的研究工作，会显示关于脊椎动物起源的大量信息，但这样的研究工作一直因极难获得能存活的胚胎而受挫。第一个关于八目鳗的胚胎学研究是由Bashford Dean完成的，发表于1899年，从那时起科学家很少进行这方面的尝试。现在，来自日本神户“RIKEN发育生物学研究中心”的一个小组终于发表了一项关于八目鳗胚胎学的具有里程碑意义的研究工作。他们从实验室养鱼池中的八目鳗Epatretus burgeri身上获得了6个胚胎，在固定之前从卵壳上将这些胚胎切了下来，从而避免了Dean一个世纪以前所碰到的组织变形问题。他们所获得的组织显示了指示神经冠发育的遗传标记。神经冠是基准动物的一个关键特点，八目鳗神经冠的发育过程与七鳃鳗相关事件的过程相似。Page: 672 

RANK与前列腺或乳腺癌中癌细胞的转移

用一个小鼠前列腺癌模型所做的实验研究，识别出了刺激转移形成的一个信号通道。当一个蛋白配体占据一个被称为RANK（receptor activator of nuclear factor κB）的受体时，该通道被激发，并且它还依赖于这种激发和IKKα (IkB kinase a)的核转位。一旦进入细胞核中，被激发的IKKα就会抑制maspin基因转录，该转录的产物已被明确为前列腺和乳腺癌中细胞迁移和入侵的一个抑制成分。因此，RANK可能是前列腺或乳房肿瘤细胞中都有的转移行为的一个促进剂（启动子）。Page: 690

4月6日《Science》

  
    封面文章：

    人类最好朋友的大小

    被称为人类最好的朋友的狗个头有大有小，遗传学家试图发现造成狗大小差别极大的原因。驯化的家犬有的只有玩具大小、有的则巨大无比，在所有哺乳动物中狗的大小差别最大。Nathan B. Sutter和同事发现，所有的小个狗都有DNA的一个特定序列，其中包括编码胰岛素样生长因子-1(IGF1)的基因。IGF1基因已被发现与其他生物体(包扩小鼠和人)的大小有关。文章作者分析了143个品种的3000多条狗的DNA。狗被人类选种培养已经好几百年了，这也许帮助了科学家能比较快地发现IGF1 基因，也可能为今后寻找狗的其他复杂特征(比如行为和疾病)的基因提供了方便。

    真菌坐果与气候变化

    一项新研究发现，许多真菌物种现在每年结两次果，这种对气候变化的响应在其他生物体中还没有被观察到。Gange和一个生态学家小组发现了这一新现象，他说：“一个生物体一年繁殖两次是从来没有听说过的事。”这些研究人员分析了英国南部的蘑菇和毒蕈首次坐果时间的半个多世纪的数据，并将其与当地温度和降雨作了比较。从1950年到2005年的来自近1400个地点的52000个记录显示，有些过去只在10月份坐果的物种，由于春季温度的变暖，现在在4月也坐果。坐果的时间也延长了，在过去的10年中增加了一倍多。比如，过去在9月第一次坐果的物种，现在七八月开始坐果。过去坐果季节在10月结束，现在是12月结束。这些真菌活动的增加可能带来腐烂速度的上升，从而给植物提供更多的营养、增加植物的生长速度。

    气候模型预测美国西南部新尘暴

    科学家用19个气候模型的预测作的研究指出，美国西南部和墨西哥北部本世纪中将会明显地干旱化，而且可能会变得像20世纪30年代北美尘暴时期那样干旱。其实，近来持续较久的旱灾可能就是这种气候变化的开端。这对当地居民靠廉价和现成水源的工农业经济将是很大的挑战。Richard Seager和同事研究了政府间气候变化专门委员会的第四次评估报告用的19个气候模型。这些模型显示，与上次该地区持续多年的旱灾不同，新近的干旱不是由热带太平洋海水表面温度的变化引起的，而是由亚热带的干燥区向极地方向扩展造成的。研究人员预测，这种更干燥的气候将不同于该地区历史上有记录的任何气候状态。

    北大西洋深水也许有助于南极冰架融化

    Jean-Claude Duplessy 和同事的一项研究指出，12.5万年前的北大西洋深水温度比现在的高，那时的温度也许帮助南极洲冰架融化以及使间冰期海平面升高。目前的气候趋势提出，可能在下一个世纪到来的一个更温暖的世界，将有与最近的末次间冰期类似的温度，所以这项新研究也许对考虑这些变化对未来海平面的影响有帮助。Duplessy和同事用来自深海钻芯的氧同位素重构了北大西洋深水温度，估计那时比现在的温度高0.4摄氏度。研究人员说，这些更暖的海水迁移到南部，也许帮助了南极冰架融化。

   
“分子马达”运动可能不需要微管网架介入 

4月6日《科学》杂志发表的一项最新研究表明，“分子马达”蛋白kinesin的运动方式与科学家之前猜测的并不相同，可能不需要微管网架（microtubule lattice）。 

一般认为，kinesin是一种与细胞微管结合而起运输作用的马达蛋白。Kinesin是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，外观上具有两个球形的“头”（具有ATP酶活性）。它的运动方式是一步一步节节进行的，通过水解三磷酸腺苷（ATP）来为每一步提供能量。而在每步之间，“分子马达”会停下来，直到ATP被绑定至其中一“头”。但是，科学家对于ATP通道（ATP gating）的精确机制一直存在争议。 

一种观点认为，kinesin在步与步之间只有一头与微管相连，另一头无法与下一个绑定位点连接，除非ATP诱导kinesin发生构象变化。但还有一种观点认为，kinesin停下时两头都与微管相连，而两个连接头之间的应力（strain）使马达无法前进，直到ATP与其中一头绑定。但是，无论哪种模型，ATP绑定后都会激发一种与微管网架（microtubule lattice）相关的机制。 

但最新的研究结果质疑了微管网架存在的必要性。领导该研究的是位于英国剑桥的玛丽居里研究院（Marie Curie Research Institute）的Maria Alonso以及论文高级作者Robert Cross，他们发现，一种微管成分——微管蛋白亚基（tubulin subunit）能够引导ATP的自我运转，从而使kinesin不用于微管结合。 

凝胶过滤实验表明，未聚合的微管蛋白能在溶液中与kinesin绑定。通过测定溶液中的ATP酶活性，研究人员发现，自由微管蛋白可以促使kinesin头部的ATP水解，从而激发ATP循环。因此，论文作者认为，之前的两种kinesin运动理论都不成立。Cross表示，“我们的研究结果表明，微管几何结构与ATP通道机制完全无关。”研究人员推测，在运动间歇，kinesin一头的微管绑定位点一直处于“掩蔽”（masked）状态，而只有ATP与其另一头绑定才能除去这一障碍。 

但是，此次研究的结论并没有得到完全的肯定。美国斯坦福大学的Steven Block最近发表了关于应力对kinesin运动的作用的相关文章，他表示，最新研究的结论并不能排除马达运动中应力的影响。即使kinesin是与自由微管蛋白结合，也存在微管蛋白亚基引发一些应变的可能。此外，微管蛋白亚基或许会很短暂地聚合成极小的微管，研究人员未必能够发现这一现象。 

而哥伦比亚大学的Steven Rosenfeld则表示，该研究结果确实能够表明kinesin的运动可以不需要应力的控制，但并不意味着这就是“分子马达”运动调控的唯一方式。


4月5日《Cell》

加发现基因突变老鼠记忆力提高 


加拿大麦吉尔大学分子生物学家纳胡姆·索伯格教授带领的研究小组，发现一种特定基因突变的实验室老鼠，其学习和记忆的能力相比于一般正常老鼠有明显的提高。科学家期望，基于这个发现，可以研发出治疗老年痴呆病等痴呆病症的药物。研究文章刊载于4月6日出版的《细胞》杂志上。 

　　研究人员在实验中比较了基因突变老鼠和正常老鼠在一系列标准实验中的表现，特别是在水迷宫试验中，基因突变鼠比正常鼠的学习记忆能力提高了一倍，这种不明基因通常会提高一种自然记忆堵塞蛋白的水平。研究人员认为，在那些发生基因变化的老鼠中，这种起抑制作用的蛋白产生得较少，导致老鼠学得更快，记忆时间更长。 

　　研究人员表示，他们的工作就是使老鼠发生基因突变，这个突变的基因生产一种蛋白，这种蛋白可以控制在细胞内生成其它蛋白的速度。当突变基因产生后，对学习和记忆有抑制作用的蛋白数量产生得就少了。 

　　索伯格表示，下一步工作将是寻找一种可以促使基因发生突变的化合物，也许这种化合物就是可以提高记忆的药物。如果能够找到这种化合物，也许就有机会为治疗老年痴呆等病症找到一种新的途径。也许这种药物无法治疗疾病本身，但至少可以帮助缓解疾病的症状。


日本科学家探明卵细胞停止分裂的机制 


日本科学家５日宣布，他们探明了脊椎动物未受精的卵细胞停止减数分裂的分子机制，这项成果不仅能对未来医学生物学领域基础研究的发展作出贡献，而且有望帮助科学家们揭示不孕症的原因并找到有针对性的治疗方法。 

包括人类在内的脊椎动物未受精的卵细胞都会在第二次减数分裂中期停止细胞分裂，等待受精。这种细胞分裂停止的现象对防止脊椎动物出现类似低等动物的孤雌生殖现象（卵子可在不受精的情况下直接发育成新个体的现象）起着重要作用。 

日本科学技术振兴机构和九州大学５日联合发表新闻公报说，现为多伦多大学名誉教授的增井祯夫与他的同行１９７１年发现一种物质使卵细胞在第二次减数分裂中期停止分裂，并把这种物质称作细胞分裂抑制因子。此后，科学家们又找到一系列与卵细胞停止分裂相关的蛋白质和激酶，但一直未找到最终叫停卵细胞减数分裂的物质。 

在本次研究中，研究人员以非洲爪蟾的卵细胞为对象进行实验，发现其卵母细胞在发育为成熟的卵细胞过程中开始合成蛋白质“Ｅｒｐ１”。卵细胞停止减数分裂首先是细胞中的“Ｍｏｓ”蛋白质发生磷酸化，并开启了一系列其他蛋白质的磷酸化进程，最后是“Ｅｒｐ１”的磷酸化。磷酸化后的“Ｅｒｐ１”与卵细胞中促进细胞分裂的Ｃｄｃ２／ＣｙｃｌｉｎＢ蛋白质复合体结合，使卵细胞停止减数分裂。 

公报说，未受精的卵细胞停止减数分裂的机制是生殖生物学等领域的重要课题之一，本次研究揭示了卵细胞停止减数分裂的分子基础和整个路径，将有助于研究人类不孕症和卵巢畸形瘤的成因，并为研发相关预防、诊断和治疗方法提供了新的突破口。