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本期《自然》《科学》精选
【字体： 大 中 小 】 时间：2007年04月23日 来源：生物通
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本期《自然》《科学》精选
生物通综合：
封面故事： 法国总统候选人谈科学问题
在上周进行的法国总统选举竞选活动中，12位候选人各显神通。中右翼民主运动联盟的Nicolas Sarkozy在民意测验中领先于社会党候选人Ségolène Royal和法兰西民主联盟候选人Jean-François Bayrou。对极右翼领导人勒庞（Jean Marie Le Pen）来说， 这肯定是他最后一次参加选举，他在民意测验中排在第四位，预计难以再现进入第二轮选举的壮举。本届总统选举第二轮投票定于5月6日举行。很多选民仍然没有决定要投谁的票，最近民调显示，多达40% 的选民在推迟自己的选择。鉴于此，在本周末进行的第一轮投票之前，各候选人还要进行认真的竞选活动。Nature杂志采访了排在前三位的候选人，请他们解释自己对一系列与科学有关问题的政策。他们的答案发表在本期第847页的一篇News Feature文章中，原始的问题和用法语所做的全部回答都发布在网上。Page: 847
量子物理的真真假假
大多数人、大部分时间在生活中和在科学中对于什么是“真实的”都有一个明确的概念。一般来讲，一个外部的现实是独立于观察而存在的。但在量子物理的世界中，由于各个事件只能按概率来预测，所以我们的这种认识将不成立。根据贝尔定律，任何基于现实和地点联合假设（意思是说，局部事件不能受像空间一样的分隔区域中行动的影响）的理论都与某些量子预测不一致。以前用纠缠粒子对进行的工作已经证实了这些量子预测，使得局部现实理论无法成立。因此，要将物理现实作为一个基本概念来维持，就需要引入“怪异的”位置挑战行动（locality-defying actions）。现在，一项将实验与理论结合起来的新的研究工作表明， 一大批相当合理的这种非局部现实理论与所观测到的量子相关性是不一致的。这说明，量子理论今后的任何延伸如果要与实验结果相符的话，都必须放弃现实描述的某些特征。放弃位置的概念并不是非常“不真实”。Page: 871 
纺锤体检查点的新调控机制
在细胞分裂过程中，纺锤体检查点确保染色体隔离被延迟到所有染色体都已正确附着到进行有丝分裂的纺锤体上。现在，两篇论文发现了一个控制纺锤体检查点的新的调控机制。该机制涉及分裂后期（anaphase）一个共激活因子在微调状态下进行的泛素化过程（ubiquitination）和去泛素化（de-ubiquitination）过程，促使复合物APC/C去调控APC/C激发的时间，从而调控分裂后期的开始时间。Page: 876
情绪怎样影响道德判断？
道德推理主要是一个理性过程、还是情绪在其中也起着一定作用?由6位大脑中与正常情绪的产生有关的一个区域（即ventromedial prefrontal cortex）有病灶的患者所完成的测试表明，情绪在道德判断中扮演一个特定的、因果性的作用。这些患者在某些类型的两难道德选择（这些选择题都是非常难回答的，如要让你决定你是否会以牺牲自己的孩子为代价来挽救若干其他人的生命等）上所做出的判断呈现出异常“单边”的特征。他们在其他类型的两难道德选择上所做出的判断都是正常的。这个研究结果除了表明情绪在道德判断中所扮演的正常角色外，还对了解如精神病患者之类的人所表现出的病态道德行为背后的机制有参考价值。Page: 908 幻觉到底是怎么形成的？
幻觉通常被认为来自大脑中感觉信号的编码方式。但也有另外一种解释。幻觉也可能来自神经网络中比较靠下游的一个部分，即在大脑根据适用于特定任务的策略来对感觉信息进行解码的地方。在有关实验中，研究人员让正常的人估计相对于一个固定边界的一个由随机的点构成的图案的运动方向，结果显示，他们会得出一致的错误判断，说明人关于运动的主观经验并不是直接来自感觉神经元的反应，而是在这些反应已经被解码之后形成的。Page: 912
陆地行星的起源
对IVA族离子陨石的冷却速度所做的一项新的研究，为最近所提出的认为富含金属的陨石来自大小在月球和火星之间的天体碰撞所产生碎片的一个观点提供了支持。太阳系中有陆地的行星被认为是由较小的天体碰撞增长形成的，新的研究结果与认为这些行星起源于一个在太空中冷却的、半径为150公里的金属天体的观点是一致的，它们并不是像以前所认为的那样起源于一个半径为5-10公里的石质小行星的金属核。这一金属天体很可能是在早期太阳系中由于行星形成之前的原始行星之间的碰撞而形成的。Page: 888 独立于密度的低温原子散射观测方法
低温原子-原子散射是“玻色-爱因斯坦”凝聚态和理想费米气体动态的关键，它限制着世界上最好的原子钟的准确性。对散射相变化的精确低温测量一直不可能进行，因为这种测量依赖于原子密度，而后者无法精确测量。现在Hart等人开发出一种全新的散射测量方法， 它能够透过原子云、来以一种独立于密度的方式直接观测低温散射。他们研制的新设备称作“量子散射干涉仪”，能以原子钟一样的精度来探测每个原子的散射，并且也许还能够回答基本物理常数是否实际上会随时间变化的问题。Page: 892
一种快速合成低聚糖的新方法
结构上的复杂性使得碳水化合物在很多生物过程中都很重要，但同时也使得它们的化学合成非常困难。虽然在实验室中合成纯的低聚糖（寡糖）是有可能的，但羟基基团的位置选择性保护和糖苷键的立体选择性形成为合成化学家带来若干挑战。因此，一种能使低聚糖合成既快又省力的新方法将是最受欢迎的。第一个步骤是，在一个选择性保护除一个之外的其余所有单糖的羟基基团的“一锅烩”的反应中，从d-葡萄糖开始合成数百个基本单元。然后，通过反复联结，将这些基本单元组合成复杂的低聚糖。研究人员通过以结合流感病毒的三糖为基础快速合成若干种低聚糖，证明了这种合成方法的效用。Page: 896 地壳是怎样形成的？
地壳的形成时间是一个激烈争论的话题。人们普遍认同的是，地壳是通过部分熔化从地幔分离出来的。这个过程应当在地幔的同位素组成中留下一个化学指纹。现在Stephen Parman识别出了这个指纹，它是以海岛玄武岩中一个氦元素比例谱图形式存在的，这个记录似乎保存了地幔的消耗史，其数据与人们所提出的地壳增长脉冲的年龄密切关联。地幔消耗事件的年龄与地壳生长脉冲之间的相关性暗示，地壳的形成是间歇性的，其间曾发生大规模的、很可能是全球性的熔化事件。Page: 900
世界上最早的森林
树木习性的演化对地球陆地生态系统具有根本性的重要性。关于森林的最早已知证据是化石树桩，距今大约3.85亿年，来自纽约州北部的Gilboa。这些树桩自19世纪70年代以来人们就已经知道了，并被命名为“Eospermatopteris”。但由于这些树桩没有地上部分，所以它们与其他树种的关系以及它们的意义至今仍不清楚。现在，Stein等人介绍了来自纽约州Schoharie县的一种非常引人注目的化石树，它首次显示了一个属于一种以前已知植物类型（即cladoxylopsid Wattieza）的完好树冠，而其树干和树根都是“Eospermatopteris”。这一完整的化石记录为详细重建世界最早森林的外貌提供了所需的证据。Page: 904
4月20日《Science》
冷冻法研究蛋白工作过程
如果说格勒诺布尔是生物界的好莱坞，那么位于这座城市的ESRF（欧洲同步辐射装置）和结构生物学研究所的研究人员则是电影导演。最近，这里的研究人员制作了一部电影，演员不是影星，只是一种用于清除毒性分子的蛋白，研究人员通过将这种蛋白冷冻在不同阶段，对蛋白的行为进行了拍摄。详细研究内容刊登于本周《Science》杂志。
由于技术限制，关于蛋白的大多数研究都是在蛋白的稳定状态上完成的，很少有对蛋白运动的研究。最近，一支法国研究小组制作了一部描述细菌“超氧化物酶还原酶”（superoxide reductase）的动画。文章通讯作者Dominique Bourgeois说此次研究有两大成就：一是拍摄工作状态的酶，这是技术上的成功，二是对酶的工作机制有了进一步了解。
为了生存，几乎所有的生命都需要抵抗氧代谢产生的氧压。人体吸入的氧，2％没有转化为水，而是转化为有毒性的超氧阴离子自由基（superoxide radical），超氧化物酶还原酶就可清除这些毒性分子。神经退行性疾病如阿尔茨海莫氏症患者体内，这种转化率更高，而且这些分子的高含量会加重病情，因此研究人员一直在寻找能够清除这些自由基的药物。
为了实现拍摄，研究人员利用ESRF-IBS“Cryobench”实验室技术将处于催化反应中的酶冷冻在3个不同的阶段，并用Raman光谱技术（通过提供反应各个阶段的化学键）证明“捕获”到的是合适的中间状态，接着利用同步加速器X-rays研究样本。
ESRF多年前就掌握了对反应过程中的目的蛋白进行跟拍的技术，但迄今为止，跟拍对象还是局限在能被光激活、晶体形式的蛋白。（生物通记者 小粥）
最佳蛋白拍档，实现根尖内皮层单层化
一个充满激情的人，有时需要一个冷静的搭档才能提高效率。同样，植物细胞中一对促进根尖细胞分裂和生长的关键蛋白也是如此。杜克大学生物学家Philip Benfey和博士后Hongchang Cui等最近在研究拟南芥时发现，蛋白Scarecrow限制蛋白Short-root过度活跃，和Short-root形成一个防水环，控制根尖吸收的水分和营养。文章刊登于4月20日《Scinece》杂志。
拟南芥快速生长的根尖一个完美对称的结构，可以被轻易的分区、观察和拍照，并且非常适合研究植物干细胞的特化命运。根尖中的17种细胞起源于4种基本的干细胞。它们的特化命运是由信号传递蛋白转录因子决定的，转录因子打开、关闭特定基因，调节细胞中特定分子的含量，决定细胞的命运。
大多数信号传递蛋白特别是动物的信号传递蛋白，会稳定地穿过许多细胞层，由于会与沿途受体结合，所以在远离“发源地”的地方含量稀少。Short-root与众不同，会不断前进，然后停止。Benfey早期研究结果显示Short-root是正常发育的一个关键成员，含量不足会导致生长缺陷，由此得名。
拟南芥的Short-root形成于根尖中心，然后向外移动到邻近细胞，沿途促进细胞分裂，保证细胞的同一性。在只有一层细胞的内皮层（endodermis），Short-root激活编码Scarecrow（也是一个转录因子）的基因。Scarecrow与Short-root结合并将之限定在形成防水环的内皮层。内皮层是一圈点缀着防水材料的细胞，好像水泥和砖一样排列，细胞像肾一样过滤水中的矿物，并将之地递送到根尖中心。没有内皮的植物会被淹死，内皮层较多也会导致植物“饥渴”。
美国国家常规医学科学研究所研究人员Susan Haynes说发电邮时写错收信人姓名会造成紊乱，同样细胞信号如果“迷路”也会引起发育错误，Benfey的研究描述了一种预防Short-root信号进入发育根尖错误细胞层的新机制。
内皮细胞中Scarecrow/Short-root复合体与基因形成一个反馈环，确保植物产生结合Short-root所需的足够量Scarecrow。Benfey和Cui 在水稻根尖中也发现了这种限制和反馈机制，他们说这也许正是植物只有单层内皮的原因。（生物通记者 小粥）
《科学》本期焦点：解开植物开花之谜
之前的研究发现植物叶子可以通过日昼长短感受季节变化，这可以引发一个从叶到茎尖（shoot apex）的长距离的信号传导，然而至今科学家们还没有识别出这个长距离信号。
在本期（4月20日）《Science》杂志上，两个研究小组这一问题获得了部分的答案，他们分别解开了日昼长短对拟南芥开花，水稻开花的影响之谜。
第一篇文章中，来自德国Max Planck植物培育研究院，英国伦敦帝国学院（Imperial College London）的研究人员提出植物这种长距离信号来自一种蛋白：Flowering Locus T Protein (FT protein)，这种蛋白是由叶中Flowering Locus T gene （FT gene）编码的。FT蛋白可以通过植物的维管系统（vascular system）送到茎尖，激活其它基因，引起植物开花。这个过程是通过一种从水母中分离得到的绿色荧光蛋白追踪到的，这样研究人员就能利用高敏感性显微系统在活体中观测这一过程了。
研究小组将两种植物嫁接在一起，其中只有一种包含有融合了荧光蛋白的FT，结果研究人员发现FT蛋白能从其生长的植物叶中传递到另一个植物上。这种FT蛋白是在FT基因被另外一种基因：CONSTANS开启的时候表达的——这是一种叶子中能对日昼长短作出反应的关键基因。
来自伦敦帝国学院生物系的Colin Turnbull表示，“这是植物科学研究的一项重大突破，自1993年首次发现叶中感应日昼长短变化能传递到茎尖，并引导开花以来，科学家们就一直在寻找这一机制到底是什么。”
同样在第二篇文章中，来自日本奈良科学技术学院（Nara Institute of Science and Technology）植物分子遗传学实验室的研究人员也从水稻中得到了非常相似的机制。
他们发现FT蛋白可以由Hd3a编码——Hd3a是一种水稻中FT基因同源基因，FT蛋白能从叶中传递到茎尖分生组织(SAM，shoot apical meristem），从而导致水稻开花。
这一结果说明这些研究可能可以立即用于实际的农作物操作，对于开花的调控能力具有巨大的商业价值，比如说可以用于延长生产的季节，或者设计能更好适应于天气变化的植物。
小行星上的大震动
近地小行星Itokawa的高分辨率图像揭示，它的风化层的表面碎石由于全球震动而被“挑选”过。空间科学家想了解在空间低重力环境中进行的粒状过程。Hideaki Miyamoto和一个国际研究组用 “游鹰”航天器于2004年在Itokawa登陆时拍摄的极为清晰的照片分析了该小行星表面大圆石和碎石的分布。这个风化层看起来被震动“挑选”过：最精细的材料聚合在最低局部重力的区域。更大的石头的结堆显示，Itokawa的碎石也通过对流被从下而上地搅动。
基因和温度决定蜥蜴性别
生活在澳大利亚中部的有须龙是一种蜥蜴，它通常根据继承的染色体而发育成雄性或雌性，但是新的研究指出，高温能引起一些有雄性染色体的蜥蜴发育成雌性。在这之前，研究人员通常假设，性别或是由染色体上的基因或是在胚胎发育的温度所决定，而不是由两者同时决定的。在本期这篇简报中，Alexander E. Quinn和同事表示，高孵化温度胜过继承一个特定的性染色体组合的蜥蜴的基因型性别。这些发现提出，Z染色体上的一个基因对决定性别起作用，而不是W染色体上的一个决定雌性的基因，而该基因被高温去活。这些发现也提出，其他的爬行动物中表现出与温度有关的性别确定存在性别染色体的可能性。
水产养殖的增长
Carlos M. Duarte和同事在本期一篇研究评述中指出，由于作为食物的水生物种的家化每年增长3.3%，水产养殖也许能抵消渔场产量的下降，成为海洋食物的一个主要来源。这个3.3%的增长率比陆地物种家化的速度快好几倍。水产养殖还比较新——97%的水产品是20世纪早期以来家化的。这个趋势在继续——100多个水产品种是上个10年中家化的。海洋生物作为食物供给具有很大的潜力，因为它们的世代短而且产量高。水产养殖正在全球发展，而且许多人都能得到其带来的好处。
常压下制造硬如钻石的材料
研究人员报告说，他们在环境气压下制造出一种能在钻石上划痕的超硬材料。超硬材料在工业上被作为研磨料和切割工具，比如用来切割钢材。钻石是已知的最硬的材料，但是它不能用来切割含铁的材料。人们制造出某些钻石替代材料，但是这些材料的制作需要高压，增加了制作过程的成本。为了在常压下制造替代材料，Hsiu-Ying Chung和同事选择了高电子密度和强共价键的材料的结合。他们将铼和硼化物在环境气压下结合，制造了硼化铼，该材料的硬度和压力下的强度能与钻石媲美。
