本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

5月30日《Nature》

封面故事： 限制热量能够延长寿命的原因已经找到


限制几个卡路里的热量就可以延长实验鼠和其他物种的寿命，但限制进食何以能够延长寿命仍然是一个谜。现在，研究人员终于在用于衰老研究的模型生物线虫（C. elegans）身上发现了限制热量与长寿命之间的特定联系。Nicholas Bishop 和 Leonard Guarente发现，限制饮食能激活头部ASI神经元中的转录因子SKN-1，后者然后会向周围组织发出增加代谢活性的信号。这种神经细胞影响非神经组织的现象表明，内分泌系统参与了其中。Panowski等人报告，小肠和头部及尾部少数细胞中一种名叫PHA-4的转录因子活性的增加也是由限制饮食所产生的寿命延长所必需的。PHA-4与哺乳动物体内的Foxa转录因子类似，后者影响发育和调控空腹血糖素和葡萄糖水平。关于这种联系的知识让我们看到了用药物来模仿限制热量之好处的希望。Page: 545 

研究锯蛋白构象变化的新方法

锯蛋白的构象变化不仅是神经退化疾病的致病因素，而且还是一种古老的、但只是最近才发现的基于蛋白的遗传机制。这些蛋白质之间的相互作用及所导致的、生成了锯蛋白的构象变化非常难以用传统生物物理方法进行研究。作为一种替代方法，Peter Tessier 和 Susan Lindquist利用由超过100个表面结合的锯蛋白肽构成的阵列（所有这些肽都是基于酵母的Sup35锯蛋白）来匹配锯蛋白单体之间负责识别的序列元素。结果是，对S. cerevisiae的锯蛋白，其主要识别点与第9个残基和第39个残基之间的一段氨基酸短链相对应；对来自C. albicans的蛋白质，其主要识别点与识别区域相对应。这些识别元素本身就足以将非锯蛋白构象中的全长度蛋白转换成自成模板的淀粉质构象。同样是这些序列元素，它们还能决定不同品系的锯蛋白的形成，决定不同物种之间的传输壁垒。Page: 556 

恒星MWC 480附近观测到气体

行星体系是在由恒星形成过程残留下来的年轻恒星周围的尘埃环内形成的。这些环的陆地行星形成区对应着非常小的角，这些角小到远远超过即便是最大的地面和太空望远镜的角分辨率的程度。现在，利用“凯克干涉仪”上的一个新仪器，研究人员在距年轻恒星MWC 480一个天文单位（即一个太阳-地球之间的距离）内观测到了包括水蒸气和原子氢在内的气体。水蒸气很可能是由运动中的冰质天体的升华产生的，它有可能为陆地行星的产生提供一个水库。Page: 562 

高温超导研究方面的两篇重要论文

本期两篇论文报告了高温超导研究方面的重要进展。在经过20多年深入研究之后，高温超导仍是一个捉摸不定的目标。Doiron-Leyraud等人报告，他们在一个高温超导体内观测到一个费米表面，这是一个被认为是金属的经典特征的现象。Gomes等人解决了一个长期悬而未决的问题——在一种高温超导体的临界温度之上的温度下，电子能谱中的间隙是否与电子配对相关？他们发现是这样的。有了这两篇优秀的实验论文所提供的一些可靠的新数据，现在该轮到理论工作者来弄清它们对超导机制有何意义了。Page: 565 

热带气旋与海洋混合

热带气旋已知能够混合海洋的上层，这个过程像用泵抽一样将热量向下输送，从而在局部尺度上使海洋表面降温。曾有人提出，它们在全球尺度的海洋混合中也可能扮演一个重要角色，而新的计算表明，热带气旋的确要对热带地区海洋表面的显著降温和垂直混合负责。由这一过程向下泵输的热量一定被向极地的热传输所平衡，说明向极地传输的海洋热量的峰值中大约15%可能与热带气旋诱导的混合有关。由热带气旋诱导的混合的数量也与海洋表面温度有关，说明热带海洋表面温度今后的变化对海洋环流和海洋热输送都可能有显著影响，而这两个过程都受海洋混合的影响。气候变化模型如果将这些效应考虑进去的话可能会比较好。读者也可以参阅上个星期Nature上的“概念”文章，在该文中，Martin Visbeck认为，向上运动海水的“拉力”在海洋混合中是一个增加因素。在本期Nature上的另一篇文章中，Quirin Schiermeier对关于海洋混合的最新研究工作进行了综述。Page: 577 

从演化角度对动物个性的解释

虽然如胆大、侵略行为和规避风险等“个性”已被发现存在于从灵长目到蚂蚁在内的超过60个动物物种中，但要从演化角度来解释它们的存在却一直是一个谜团。的确，演化对于保持不同个性并不有利，而是倾向于形成单一个性。在一个生命史数值模型中，Wolf等人发现， 动物个性（定义为在各种不同环境中所表现出来的比较一致的若干组行为）的演化与对生命史中所出现的交换（trade-off）的一种适应性响应有关。在这一模型中，关于当前与未来生殖之间的交换的决定，决定着个体对危险条件的响应，这可能是动物个性及其能在种群中维持下来的基础。Page: 581 

趋异适应与生殖隔离之间根本联系的直接证据

新物种是怎样形成的？物种形成难以直接观测，因为它是一个漫长的过程。人们曾在理论上分为，当一个物种的种群相互分开、去适应不同环境时，它们在杂交方面就会变得不太成功，就可能形成新物种。在一个实验中，研究人员使用了两个菌种的酵母，它们在能够加快物种形成的实验室条件下繁殖。该实验证实，适应于不同环境的种群的杂交与全部适应于同一环境的种群的杂交相比，前者的繁殖能力差一些（适应性差一些）。这是趋异适应与生殖隔离的发展之间的一个根本性联系的直接证据。Page: 585 

儿童天生的数学能力

人们普遍假设，儿童在学习符号运算之前需要先掌握数字系统的逻辑。现在，用5岁小孩所做的一个试验表明，实际上他们在接受任何运算教育之前就已经有了符号运算知识。儿童能够解决涉及大数字的符号加减法运算问题，如果只需计算大概的和与差的话。这些发现为了解儿童天生的数学能力提供了线索，也为我们提示了如何丰富儿童数学学习的途径。Page: 589 

细胞与番茄酱和牙膏的共同点

我们体内的细胞是怎样完成其伸展、收缩和重塑等常规性机械任务的？这个问题对于了解哮喘中的气路变窄、癌症中的细胞入侵和心血管病中的血管收缩等有非常深远的意义。 这个问题的答案来自一个测量人气路平滑肌细胞“伸展”的新颖的实验系统，该答案是，细胞与我们所熟悉的物质包括番茄酱、剃须膏和牙膏等有很多共同点。这些物质在变形后就会变成流体，盛在碗里的糖或咖啡豆也一样。这样的物质其行为就像一种玻璃一样的物质的中间形态，既不是固体，又不是液体，但却保持着二者的特征。Page: 592 

智力发育迟缓与染色质的关系

一种以前被认为与X-性染色体连锁智力发育迟缓有关的蛋白，现在被发现通过改变组蛋白影响基因表达。含有JmjC域的蛋白SMCX（或JARID1C）是一种组蛋白去甲基化酶，它在试管中和在细胞中都能将“在赖氨酸-4处三甲基化的组蛋白H3”（H3K4me3）去甲基化，并且能够抑制某些神经基因的转录。该发现表明，SMCX的突变也许会通过染色质上的这一效应损害神经基因的调控，从而有助于发病。Page: 601

6月1日《Science》

直立行走也许是在树上开始的
通过观查野生黄猩猩，一个研究小组发现两条腿行走也许在相对远古的时期、在树栖猿中就出现了，而不是像当前一个理论提出的那样，是在更近的人类祖先下到稀树草原中才出现的。人们一直认为直立行走或两足运动是人类以及其最近祖先的特征。最流行的稀树草原假说的解释提出，黑猩猩、大猩猩和人类的祖先从树上下来后开始用四肢行走。随着时间的推移，这种四肢步态进化成黑猩猩和大猩猩沿用至今的“指节行走”，最后变成人类直立的双腿行走。通过分析几乎在树上渡过的野生黄猩猩的运动，Susannah Thorpe和同事们发现，用两条腿行动、同时靠上臂平衡（或“手帮助的双足运动”）也许曾帮助我们树栖的祖先几个在细软树枝上行动的优势。论文的作者提出，随着气候变化使雨林生长的越来越分布不均，早期人类祖先对此的响应可能是放弃冠层而下到森林底层，来吃地面或小树上的食物。而黑猩猩和大猩猩的祖先可能则变得更适应高冠层和地面之间的垂直攀援，并在地面从一棵树到另一棵之间形成了用指节的行走。Thorpe说，“我们的结论是，双足运动具有很强的适应优势。所以，我们不需要解释我们的祖先如何从四足变成了两足的”。
英文摘要：Origin of Human Bipedalism as an Adaptation for Locomotion on Flexible Branches,S. K. S. Thorpe, R. L. Holder, and R. H. Crompton
英文摘要：Walking on Trees,.Paul O'Higgins and Sarah Elton

天气预报---可能会有更多的雨
预报称降雨和湿度将伴随着全球温度的升高而增加，本期一篇报告指出，最新的卫星数据显示，三者在以同样的相对速度在增加。全球变暖将如何影响水循环是一个令人忧虑的未知数，包括全球海洋-大气耦合模型在内的大多数模型预测，随着气候变暖，降雨将增加的速度只会是温度上升速度的一半。Frank J. Wentz和同事分析了卫星数据，发现降雨和温度在过去20年中以增加的比率是一样的，而且他们预测两者在未来将维持这个趋势。虽然研究人员还不能解释为什么卫星数据和模型预测有这些差异，但是他们指出，潜在的干旱也许没有预测那样可怕。
英文摘要：Will Global Warming Bring More Rain?,.Frank J. Wentz, Lucrezia Ricciardulli, Kyle Hilburn, and Carl Mears
注: 这篇文章将于5月31日星期四提前发表在《科学》电子版的《科学特快》网站，见 http://www.sciencexpress.org

一个恒星被测绘了
直接观察一个不属于我们自己的恒星的表面将帮助天文学家勘测恒星内部的物理过程。John D. Monnier和共同作者用CHARA 干涉仪阵列中的4个望远镜拍摄了Altair的图像，该恒星是夜晚天空中最亮的。Altair是一个不同寻常的恒星。它快速地自转而且看起来由于离心力被拉长了。其变形的程度和表面温度的变化与标准模型计算的不同，尤其在其赤道附近。现在天文学家摄制了这个与模型所描述的自转恒星不同的恒星表面图像，这也许能帮助他们改进对这些自转恒星的了解，从而建立更好的模型。
英文摘要：Imaging the Surface of Altair, John D. Monnier, M. Zhao, E. Pedretti, N. Thureau, M. Ireland, et al.
注: 这篇文章将于5月31日星期四提前发表在《科学》电子版的《科学特快》网站，见 http://www.sciencexpress.org

火星的软内核
一项欧洲的研究指出，虽然火星和地球的内核是由类似的矿物质构成的，但是这个红色行星的内核现在还是液体的，而且很可能会以完全不同于地球内核的过程而固化。人们认为火星和地球一样，具有一个主要由铁外加一些其他元素的内核。在模拟火星内核的高压实验中，Andrew Stewart以及瑞士和荷兰的同事揭示，火星的内核应该是液体的，而且不太可能像地球那样形成一个富铁的、向外结晶的内部核。相反，行星冷却应该导致或是一个“下雪内核”的结局，既富铁的固体在外围形成核心然后向中心沉积，或者是一个“硫化物内核”的结局，既其中硫化铁成分结晶出来形成一个固体的内核。
英文摘要：Mars: A New Core-Crystallization Regime, Andrew J. Stewart, Max W. Schmidt, Wim van Westrenen, and Christian Liebske.