本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　生物通综合：

8月16日《Nature》

封面故事：根据结构来预测未知酶功能的新方法

如果一种新发现的蛋白与已知的酶相似时，经常有可能来推断其功能，否则，结构-功能关系是非常难以判断的。现在，Johannes Hermann等人利用一种变通的分子对接方法（一种用来寻找潜在药物的计算机辅助的模拟方法），设计出一种根据结构来预测某种具有未知活性的酶的功能的方法。试验用的酶是Tm0936，来自极端喜热的Thermotoga maritima。对接实验预测，它将使5-methylthioadenosine和S-adenosylhomocysteine去胺化；这一点已在化学上、并从与一个反应产物相结合的该蛋白的X-射线晶体结构得到了证实。这种酶没有与已知的腺苷胺化酶相似的明显序列，甚至它所参与的通道似乎也是新颖的。如果这一新方法也适用于其他酶，那么它应当成为一种有力工具，来确定关键的酶在体内是如何发挥作用的。

云母可能是造成圣•安德烈斯断层高速蠕动的原因

沿圣•安德烈斯断层某些区段的高速蠕动，曾被认为是由与蛇纹化岩石相关的较低的断层强度造成的。这种观点是有问题的，因为蛇纹矿的摩擦强度被认为太大，无法满足断层强度的限制条件。现在，Diane Moore 和Michael Rymer报告，云母（软的硅酸镁矿物质，我们比较熟悉其纯净形式，即滑石粉）可能是该断层高蠕动速度背后的原因。他们在“圣•安德烈斯断层深度观测项目”（SAFOD）主洞2005年钻探期间所收集的蛇纹岩样品中发现了云母。云母在高温下的摩擦力低到足以满足断层上剪切力的限制条件，而且其固有的稳定滑动行为与断层的蠕动也是一致的。

癌症与衰老之间的关系

癌细胞的恒久生命与导致人死亡的衰老过程看起来似乎是相对立的。但令人吃惊的是，癌细胞和衰老过程的生物学基础却是相合的。基因组不稳定、端粒功能和自噬作用等在关于癌症和衰老的论文中都能见到。研究人员已经在肿瘤发生与细胞衰老之间发现了联系。线粒体代谢对这两个现象来说都是中心内容。Finkel等人从历史角度向我们介绍了癌症和衰老的共同生物学基础：从第一次意识到人类癌细胞—HeLa细胞—在培养中有可能继续分裂一直谈到系统生物学方法的问世。

Mira的历史轨迹

Mira是一组处在恒星演化后期阶段、质量低于或稍微高于太阳质量的恒星中的一个。这些恒星通过它们发出的风对其主星系中的恒星和行星形成产生直接影响。Martin等人报告，他们发现了一个发射紫外线的弓激波（bow shock）和其涡动的尾迹，在天空中延伸超过2度。这个弓激波源自Mira很大的空间速度及其风与星际介质之间的相互作用。这种风的尾迹是过去3万年的Mira低质量历史所留下的一个痕迹。

薛定谔猫及其应用

薛定谔猫思想实验说明这样一个思想：量子物理允许原子保持在超级位置状态。这种猫被想象处于一个盒子中，里面还有一个放射性原子，该原子被设计用来在其衰变时释放一种毒素。在“经典”世界中，猫要么是死的，要么是活的；但在由关闭的“盒子”构成的量子世界中，猫可以同时是死的和活的。自由传播的光的一个“猫”状态被定义为由完全分开的准经典状态构成的一个量子超级位置；这种状态对于量子信息处理及在验证量子理论的实验中可能有用。最近的实验成功地生成了可见光薛定谔“小猫”—太小而无法实用。现在，研究人员将理论和实验结合起来，来制定一个协议，按照这个协议，能够产生挤压的薛定谔猫状态，大到足以能够进行实际应用。

第一种单原子金属玻璃

玻璃有很多形式。对于金属玻璃来说，通常需要多种成分来避免在正常液体冷却过程中发生结晶。（一个引人注目的例外是由两种成分组成的金属玻璃Zr50Cu50）。现在，Bhat等人利用关于控制玻璃形成的因素的最近的理论发现来确定金属液体锗成功玻璃化的实验条件。 他们不仅生成了第一种单原子金属玻璃，而且还发现了这一体系中罕见的液体-液体相变的证据。

近地表臭氧对植被的影响

植物和土壤目前正在通过储存大约四分之一由人类排放的二氧化碳来减缓全球变暖，但这种减缓效应可能会因为近地表臭氧的进一步增加而被葬送。与高空中的臭氧（阻挡有害的紫外线）不同的是，低空臭氧损害植物，降低它们吸收二氧化碳的能力，加快全球变暖。当前的气候模型一般包括低空臭氧（一种弱温室气体）的地球变暖效应，但并不直接考虑其对植被的影响。 一项新的研究表明，人们所预测的由于工业排放所造成的臭氧浓度增加，将显著降低植物生产力。这种间接效应很可能比臭氧作为一种温室气体的直接效应对全球变暖的贡献更大。

Lkb1突变与肺癌发病

Lkb1肿瘤抑制基因所发生的突变见于Peutz–Jeghers综合症患者，这些患者癌症发病率增加。现在，Lkb1突变已在非小细胞肺癌的鳞状肿瘤亚型中被发现。在一个Lkb1缺失与K-Ras突变相结合的肺癌小鼠模型中，出现了比只有K-Ras突变时更有侵略性的肿瘤，这些肿瘤经常被划分为鳞状大细胞肿瘤。所以，Lkb1缺失调控肺癌分化，而Lkb1缺失还可能是预测疾病发展和扩散的一个有用的标记。由LKB1调控的通道代表可能的治疗目标。

产生Andrimid的生物合成通道被确定

Andrimid是一种相对较“新”的抗生素，从几种不同类型的细菌中分离出来，通过阻断细菌脂肪酸生物合成中的第一步来发挥作用。主要是由于这种新颖的作用方式，它对于能够抵抗多种药物的病原体具有活性。现在，产生Andrimid的生物合成通道已经被确定，从而为获取具有治疗潜力的新的一类Andrimid衍生物提供了一条途径。对迄今已经测序的微生物基因组所进行的数据挖掘工作，发现了转谷氨酰胺酶类的酶AdmF的同源物，这种酶是Andrimid生物合成通道的关键成分，埋在很多孤立生物合成基因簇内，其天然产物尚未被识别出来。看来，这种类型的化合物是普遍存在的，更多“新”抗生素在等待我们去发现。

雄性出走是为了适应雌性

群居哺乳动物的迁徙是一个重要事件，因为它对繁殖成功有很大影响。通常都是雄性进行迁徙，但在坦桑尼亚Ngorongoro Crater保护区对斑点猎豹群落所做的新的研究工作表明，雄性仅仅是按照雌性的安排行事。雄性的迁徙决定是对简单的雌性交配选择规则的一种适应性反应，这些规则的形成，很可能是为了避免近亲繁殖。

8月17日《Science》

大西洋环流强度在一年中变化很大
北大西洋的主要大洋环流模式是浅处的暖水向东北方向流，翻转为深的冷水进入南部，新数据表明，这个环流的强度在一年中变化很大。Stuart Cunningham、 Torsten Kanzow和同事的这些发现，为比较可能由全球气候变化引起的大西洋环流一年内和年与年之间的变化有用提供了详细的记录。有些研究人员曾提出，全球变暖也许会减弱大西洋的环流，这会影响欧洲的气候。对环流模式的大多数观察一直是零星的和为时不长的，使得了解环流实际受到的影响较为困难。现在，来自分布于大西洋北纬26.5度的一系列锚固定的仪器记录下来的一年的数据提出，环流的强度在一年中能变化8倍之多。过去对环流减弱的估计在这个范围之内，意味着减弱可能是一个自然的年度趋势。John Church在一篇相关的研究评述中讨论了这些发现。 
英文摘要：Temporal Variability of the Atlantic Meridional Overturning Circulation at 26.5°N,Stuart A. Cunningham, Torsten Kanzow, Darren Rayner,et al. 
英文摘要：Observed Flow Compensation Associated with the MOC at 26.5°N in the Atlantic,Torsten Kanzow, Stuart A. Cunningham, Darren Rayner, et al. 


助手使繁殖的雌鸟获益
研究人员报告说，当鹪鹩(fairy wren)雌鸟有帮她们分担哺育雏鸟的助手时，她们保存自己的力量，下比较小的、营养含量低的蛋。这些发现应该能帮助解释一个长期没有解决的合作繁殖系统中的助手作用的谜。在许多合作繁殖系统中，助手明显地为雏鸟提供更多的食物，但是这些雏鸟并不比没得到多余食物的雏鸟长得更大或生存率更高。A. F. Russell和同事现在揭示，雌鸟有助手时，鹪鹩雏鸟出生时的个子更小，因为它们的母亲给这些后代投入的自身能量和资源要少。从而这些母鸟更可能存活到下一个繁殖季节。这些发现显示，助手对雏鸟质量的确有很大的贡献，也解释了为什么助手的作用过去一直较难确定。文章作者推测这个“负载降低(load-lightening)”作用在其它合作鸟类中也存在。 
英文摘要：Reduced Egg Investment Can Conceal Helper Effects in Cooperatively Breeding Birds,A. F. Russell, N. E. Langmore, A. Cockburn, L. B. Astheimer, and R. M. Kilner 


研究复活蛋白质的进化
几年前，研究人员曾用重新构造遗传序列以及用在活细胞中合成的方法，将一个4.5亿年前的激素受体复活。现在科学家用这个复活蛋白祖先的晶体结构来寻找引起糖皮质激素受体进化的变化，糖皮质激素受体是该蛋白的一个现代后代。他们的研究为蛋白如何进化出新功能提供了独特的视角。通过确定从祖先蛋白到现代糖皮质激素受体的一系列突变，Eric Ortlund和同事提出，几个“允许”突变稳定了祖先蛋白一些位置的结构，为可能出现一些带来不稳定的突变铺平了道路，使受体得以与糖皮质激素结合。他们还发现，一个位置上的突变能影响其它不同位置的构象，扩大了第二个位置的新突变可能有用的可能性。 
英文摘要： Crystal Structure of an Ancient Protein: Evolution by Conformational Epistasis,Eric A. Ortlund, Jamie T. Bridgham, Matthew R. Redinbo, and Joseph W. Thornton 


小鼠的二氧化碳嗅觉
研究人员发现了小鼠的一组嗅觉神经元，它们使小鼠能够检测到与普通空气中浓度相当的二氧化碳量。非脊椎动物比如昆虫对二氧化碳有很强的嗅觉，它们靠二氧化碳气味微小的变化来找食物或配偶。但是包括人类在内的哺乳类动物看起来只有在高浓度下才能捕捉到二氧化碳的气味。Ji Hu和同事现在揭示，小鼠用嗅觉神经元的一组特殊的感受二氧化碳的酶在接近大气中的浓度下检测该气体。文章作者提出，小鼠和其它可能由这些气味感受器的哺乳动物，随着全球大气中二氧化碳浓度的增加，可能会有生态和行为的变化。 
英文摘要：Detection of Near-Atmospheric Concentrations of CO2 by an Olfactory Subsystem in the Mouse,Ji Hu, Chun Zhong, Cheng Ding, Qiuyi Chi, Andreas Walz, Peter Mombaerts,et al.