本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　生物通综合：

8月2日《Nature》

封面故事：由ABC诱导的大气变暖的定量研究

到2001年，在“印度洋实验”（INDOEX: 1997-1999） 期间首次在阿拉伯海上空所发现的厚厚的棕色雾霭显然已经可以判断是南亚上空干季的一个持久特征。联合国环境规划署2002年的一份报告指出，如果包括生物质燃烧在内的污染源不能得到控制，那么气候就可能受到很大扰动。美国国家航空航天局的TERRA卫星此后又在其他地方探测到了类似的大气层棕色云（ABCs）。由于ABCs而造成的大气层日照升温和地表变暗都会推动气候变化， 而要对这种变化进行量化，我们需要直接测量结果，如本期Nature所发表的两个数据集。第一个是无人驾驶飞机对印度洋上空日照升温情况的测量结果。第二个是CALIPSO卫星对从印度洋到喜马拉雅山的一个3公里厚的棕色雾霭进行跟踪的结果。用这些数据所做的气候模拟表明，由ABC诱导的大气变暖等于温室变暖，从而为喜马拉雅冰川消退提供了一个解释。图片：V Ramanathan/H Nguyen


基因组范围内染色质状态分布图

虽然一个多细胞生物内的各种不同细胞类型包含同一套基因，但它们却具有很不相同的行为。这些细胞状态被认为与染色质状态有关，也就是说，与组蛋白和包裹基因组的其他蛋白的修饰有关。现在，单分子测序技术被用来构建小鼠胚胎干细胞和其他两种在发育上更先进的细胞类型的染色质状态图，从而显示了重要染色质修饰在整个基因组范围内的分布。该研究为将综合染色质甄别方法应用于对各种不同的哺乳动物细胞群、包括癌症等疾病中所出现的异常细胞发育情况进行定性研究提供了一个框架。


信号作用与细胞特性的关系

很多信号通道的基本构成部分在一个生物体中对大多数细胞来说都是相同的。那么为什么不同细胞类型以不同方式对同样的原始刺激进行反应？现在，研究人员用一种新颖的系统模拟方法来研究这一问题，重点是两个截然不同的细胞系。结果显示，细胞特性的主要决定因子是上游信号事件的类型、强度和组合。这些细胞类型特异性信号被相同的促动因子所整合，产生细胞类型特异性结果。揭开细胞特性之谜对于了解胚胎发育、生物恒定性及定向疗法的副作用等都很重要。

小细胞肺癌的分子病理研究

尽管肺癌发病率很高，但其分子病理的很多方面在很大程度上仍然是我们所不了解的。因此，在相当大比例的非小细胞肺癌患者身上染色体2p的一个小翻转的发现便具有潜在的重要性。这个翻转产生一种融合蛋白，其中包含名为EML4的一种蛋白及间变性淋巴瘤激酶ALK的部分内容，后者曾被发现起一种变形的致癌基因的作用。该融合激酶是诊断和治疗的一个有希望的目标。


随机场模型在铁磁体中的应用

真实的物理和生物体系的理论模型可以将一定的无序考虑进去，但它通常只是被作为一种弱扰动来处理。而在如铁磁体等体系中，主导材料性能的正是这种无序。一个的确将磁性中的无序效应建设性地考虑进去的模型，即“随机场Ising模型”，一直非常成功，但到目前为止它只应用于反铁磁体。现在，Silevitch等人在一种铁磁体中实现了一个随机场模型。利用该模型，有可能在刚刚超过居里温度（在这个温度所有磁指针都排列起来）的温度下测量磁响应的统一行为，在居里温度下测量其发散。很多大型探针和成像测量都有可能在铁磁体中进行（而不能在反铁磁体中进行），所以这项工作将推进随机场问题的基础研究，还将导致调节“域壁钉扎”(domain wall pinning)强度的方法的问世，这是该现象实际应用的一个关键步骤。

石墨烯中电子自旋的输送

单层或几层石墨烯（由碳组成的一种扁平结构，很像碳纳米管的壁）中电子的输送是一个人们非常感兴趣的问题。石墨烯可能是自旋电子领域的一种很有希望的材料，在这个领域，电子的自旋和电荷都被用来制造新颖的装置。Tombros等人通过研究单层石墨烯中电子自旋的输送，从而在这一方向上迈出了一步。他们所做的实验涉及通过一个薄绝缘层与铁磁性钴电极接触的石墨烯层。在这个体系中，电子自旋可以被输送1-2微米的距离，并且通过使用电子质量得到改进的样品还有可能输送更长的距离。

非火山地震的诱因

通过重新分析2002年11月发生的Denali地震（这次地震在北美洲西部大部分地区诱发了地震活动）期间得到的地震记录，研究人员发现了关于非火山型地震之成因的详细情况。以前，人们认为板块膨胀是其成因，但新的工作表明，非火山地震和被推动的断层滑动都可以被板块界面上的剪切应力所诱发。

“小突变”观点与“大突变”观点的调和

物种起源的遗传基础是什么？经典的达尔文“小突变”观点是，一个新物种通过很多基因上所发生的小突变的累积而与其先祖有所不同。但是有很多例子支持“大突变”理论，该理论认为，关键的差别在于突发的大变化，尤其是发育中所涉及到的基因的变化。看来，答案似乎是两种极端情况的一种综合。McGregor等人对shavenbaby基因进行了仔细研究，该基因已知是造成不同种类果蝇之间在硬毛分布模式上的差别的基因。他们发现，产生不同物种所特有的硬毛分布模式需要三种截然不同的基因增强子之间的相互作用。他们得出结论认为，区分不同物种的大效应基因有时可能反映了在几种特定基因上所发生的多种小效应突变的积累。所以，“小突变”观点与“大突变”观点之间的历史分歧，可能仅仅代表着从不同尺度来看同一数据而得到的不同观点。

迄今最古老和最原始的硬骨鱼

记录有颚脊椎动物最早历史的化石非常少。冠群硬骨鱼（包括四足动物在内）的化石最早可以追溯到志留纪（距今4.18亿年前），但再要将硬骨鱼的历史进一步向更远的时间追溯就很困难了。现在，Botella等人报告了在两种以前已知的晚志留纪鱼类（距今4.23亿-4.16亿年前）化石上首次所发现的硬骨鱼特征的可靠证据，这些特征表明，它们不仅是最古老的、而且也是迄今所发现的从系统发生学上来讲最原始的硬骨鱼。


一种与糖尿病有关的新基因

一种新近被与1-型糖尿病的发病关联起来的基因的发现，可能会推动糖尿病预测试验的发展。对来自超过500名1-型糖尿病患者和由超过1000名志愿者组成的对比组的DNA所进行的一项整个基因组范围内的关联研究，证实了（这种糖尿病）与已知的1-型糖尿病相关基因的关联和与KIAA0350基因的一个新的关联。该基因被认为编码一类结合糖的C-型凝集素（lectin），这是一类蛋白质，其功能包括碳水化合物识别及细胞粘附等。

8月3日《Science》

土星G环的来源
来自卡西尼宇宙飞船的数据为天文学家提供了土星神秘的G环的可能来源的信息，该环是旅行者号发现的。G环是一个位于主要一组环之外的暗淡的窄环，它在该位置的存在一直是个迷，它旁边没有可能护卫它、将其切割出来或是向其注入蒸汽的卫星。G环与离它最近的卫星的距离超过15,000公里、它到土星中心的距离为168,000公里。Matthew M. Hedman和一个国际天文学家小组靠卡西尼飞得以对该环进行了观察，发现它包括一个由几个厘米到几米的冰体材料构成的亮弧。该环与土星主要卫星土卫一(Mimas)同步运转。来自亮弧碎片的灰尘拖带到环中并受到土卫一引力场的吸引。 
英文摘要：The Source of Saturn's G Ring,Matthew M. Hedman, Joseph A. Burns, Matthew S. Tiscareno, et al. 


幼儿学习语言的速度与词汇分布
一项新研究提出，蹒跚学步的幼儿学习新词汇的惊人速度也许与语言的词汇分布有关，所以这个“词汇爆炸”可能不需要许多科学家曾预测的快速发展的幼儿大脑中特殊的加速机制。在本期一篇简报中，Bob McMurray报告说，一旦幼儿掌握了一种语言中的几个使用频率极高的单词并且开始用稍微有点复杂的单词，词汇爆炸就发生了。只要儿童独立地学会了多个单词、而且一种语言中的单词使用频率是由高斯分布描述的，也就是说少量的非常罕见的困难词汇和最经常使用的简单词汇分布在曲线的两端，而大量的适度常见的单词分布在两个极端之间，就有这个现象。所以，词汇爆炸基本上是在儿童掌握的词汇进步到高斯分布曲线快速上升的位置时发生。McMurray指出，不仅仅是语言学习，任何满足这个一般描述的学习过程，都应该有一个类似的快速进步的阶段。他还指出，虽然这项研究揭示不需要用一个独特的学习过程来解释词汇爆炸，但是它并不排除这种机制存在的可能性。 
英文摘要：Defusing the Childhood Vocabulary Explosion,Bob McMurray 


免疫细胞的巡逻功能
研究人员发现了免疫细胞的新作用，为免疫系统提供了更好的了解。免疫细胞对身体炎症迹象的响应很快。白血细胞（单核白血球）像士兵那样快速奔赴需要它们的地点，沿着血管的内皮进入到组织中与敌人搏斗。Cedric Auffray和他的法国同事发现，一群单核白血球在没有炎症时潜伏在内皮中，它们在毛细管、静脉和动脉的表面站岗放哨，一旦检测到炎症或损坏，它们就成了细胞的紧急反应士兵。这些单核白血球转化为吃掉和消化入侵者的巨噬细胞，直到身体中其它的白血球赶来援助。在另一项免疫系统的研究中，Scott N. Mueller和同事发现，细胞在免疫危机中分泌的“交通警察”小蛋白质--趋化因子(chemokines)—在正在进行的免疫响应中将自己在淋巴结的生产减半并且阻碍T细胞的进入。文章作者得出结论：这种出乎意料的行为也许增强了淋巴结环境产生最优免疫响应的能力。 
英文摘要：Monitoring of Blood Vessels and Tissues by a Population of Monocytes with Patrolling Behavior, Cedric Auffray, Darin Fogg, Meriem Garfa, Gaelle Elain, Olivier Join-Lambert, et al. 
英文摘要：Regulation of Homeostatic Chemokine Expression and Cell Trafficking During Immune Responses, Scott N. Mueller, Karoline A. Hosiawa-Meagher, Bogumila T. Konieczny, et al. 


延长生命的线虫蛋白质
研究人员用一种新技术来分析基因和蛋白质的表达来获得对衰老以及糖尿病的更详细的信息。以前，科学家曾了解带有daf-2基因突变的美丽线虫比没有突变的线虫的寿命长一倍。daf-2降低一个名为“类胰岛素信号发生”过程的活性，从而延长了寿命。Meng-Qui Dong和同事用质谱仪比较了带有daf-2突变的线虫和不带突变的线虫的蛋白质的量。他们识别出47个蛋白质在突变线虫中更丰富，另有39个蛋白质在突变线虫中的量不丰富。实验显示，有些蛋白质增加寿命、有些降低寿命。Stuart K. Kim在一篇相关的研究评述中写道：研究人员将继续改进这个方法，因为这个技术现在只能用来研究线虫基因组中不到10%的蛋白质。 
英文摘要：Quantitative Mass Spectrometry Identifies Insulin Signaling Targets in C. elegans,Meng-Qiu Dong, John D. Venable, Nora Au, Tao Xu, Sung Kyu Park, et al. 
英文摘要：Proteins that Promote Long Life,Stuart K. Kim