本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

9月6日《Nature》

封面故事：惯性、引力与阻力

当汽车加速、刹车和转弯时我们感觉到的拉力和推力是惯性在物理上的表现——不是我们早上不想起床的那种惰性，而是在没有外力时使身体在一条直线上保持不动或保持一定运动速度的那种惯性。“经典”惯性（一般是按照牛顿第一定律定义的）的性质，以及根据爱因斯坦广义相对论一个旋转的物体所具有的惯性系阻力，长期以来使物理学家为其着迷。在一篇Review Article中，Ignazio Ciufolini 对最近根据由地球卫星所得到的测量结果在理解惯性阻力方面所取得的进展进行了分析。封面所示为由全球引力势模型EIGEN-GL04C得出的引力异常情况，该模型是利用来自美国国家航空航天局的GRACE探测器所得到的精确引力数据建立的。地球转动时阻滞了空间甚至时间，从而在宏观尺度上说明了惯性系阻力的存在。


造成6500万年前物种大灭绝的小行星来自哪里

几个方面的证据都表明，在过去1亿年里，撞击月球和地球大气层的直径在一公里大小的天体的长期平均撞击流量增加了两倍以上。Bottke等人通过数值模拟发现，这一增加很可能是由小行星Baptistina的母天体的灾难性解体触发的，该天体是在距今大约1.60亿年前在主小行星带内侧解体的。解体后所产生的碎片进入了它们有可能撞击陆地行星的轨道。这一“小行星雨”是Chixulub小行星最有可能的来源，后者撞击了地球，造成了距今6500万年前的白垩纪-第三纪物种大灭绝事件。

基因复制和损失在酵母中所发挥的作用

基因复制和损失是演化创新的一个关键机制，但我们对决定该机制的演化原理却知之甚少。SYNERGY是一种新开发出的算法，利用序列相似性及物种系统发生学来建立一组物种中基因复制和损失的演化史。这种办法已被用于17种子囊菌（包括常用的模型生物酿酒酵母和裂殖酵母）的基因组，来确定基因复制和损失在酵母这个分支中所发挥的作用。研究人员所获得的发现之一是，基因复制可能会简化一个系统，而不是使其更复杂，其作用方式是使相关通道更为专业化和模块化。


缅甸沿海地区有发生大地震和海啸的风险

苏门答腊-安达曼地震和2004年印度洋海啸的发生，对地球科学界大多数人来说都很突然。虽然现在人们普遍认为在中苏门答腊附近紧靠2004年地震震中东面的地方发生另一次大地震的风险很高，但似乎人们对北部的俯冲带（在孟加拉北部湾沿缅甸沿海地区）相对来说却不是很担心。不过，Phil Cummins提出，大地震活动在这一地区是有可能的，而且众多脆弱的人口将面临一次相当大的地震和海啸的风险。


触发固体中相变的新方法

触发固体中的相变有各种不同的微妙方法：例如，可用一个光脉冲或电流来注射能够改变一个系统的电子状态的“热”电荷。现在，Rini等人报告了一种很不相同的方法：用太赫兹(THz)辐射来激发一种磁阻性水锰矿中某一振动模式。这一体系具有强关联的电子，在该体系中，晶体结构即便是微小的变化也能对电子性能和磁性能产生深远影响。被激发的震动足以使材料从一种稳定的绝缘相变成一种亚稳定的金属相。通过对所选择的振动模式（尤其是金属氧声子）的相干操控来进行相控制，有可能在其他复杂固体中派上用场，如用来研究Cu-O振动怎样影响高温超导体的电子性能。

海鳝捕食猎物的不同方式

大多数鱼类捕获猎物的方法是：张开嘴，将猎物吸进来，然后用咽部的颌骨来处理它们。咽部的颌骨是其第二组颌骨，是鱼鳃的骨架形成的，在喉咙的深部。不过海鳝却有一个问题：尽管是凶猛的捕食者，但它们太长、太窄，所以一般吸猎物的办法是行不通的。所以，它们不是将猎物向下吸到咽部的颌骨，而是这些颌骨向前伸到最里，将猎物抓住。这也许是使得海鳝作为礁石捕食者能够成功的一个“创新”。

哺乳动物内耳中“端部联结”的构造

内耳的毛细胞之所以被这么称呼，是因为有毛一样的东西（立纤毛）从它们的顶部表面伸出。由声音诱导的立纤毛运动，被认为是通过将立纤毛彼此连接起来的“端部联结”（tip links）与机电传导通道耦合在一起的。现在，Kazmierczak等人报告了哺乳动物“端部联结”的构造。它们是由钙依赖型细胞粘附蛋白家族的两个成员cadherin 和protocadherin 15之间的相互作用形成的。有趣的是，这些cadherins的突变引起人失聪，而且这样一个突变破坏了两个分子之间的相互作用。


宿主和噬菌体之间的演化合作

人们知道，细菌和它们的病毒（或噬菌体）之间的相互作用能导致宿主和噬菌体之间一定程度的共同演化。通过对在感染过程中海洋藻青菌Prochlorococcus及其T7一样的噬藻体（cyanophage）进行全基因组表达分析，研究人员对这种关系的亲近程度有了一个整体认识。在噬藻体感染过程中，若干个宿主基因得到协调的表达，该噬藻体则似乎能够很好地利用基因产物。这些藻青菌在海洋中普遍存在，并且在它们自己的小环境中居支配地位。看来，宿主与噬菌体之间的演化合作似乎有助于二者都获得成功。


视觉尖峰信号的准确度

在哺乳动物视觉系统中，由视觉刺激激发的信号尖峰持续时间在毫秒尺度上，虽然视觉处理本身的相关时间尺度要慢得多。因此，关于尖峰时间本身是否携带某种形式的神经编码早就有争论。现在，在大鼠侧膝核（lateral geniculate nucleus）（脑的一部分，是视觉信息的主要处理器）中所做的实验表明，尖峰时间准确度对所有类别的视觉刺激并不是绝对的。相反，其准确度是与刺激的时间尺度相对的，要对刺激构建一个准确的表述需要这种相对较高的准确度。

一个新颖的肿瘤抑制机制

自我更新和分异之间的平衡是干细胞和癌症生物学的基础。果蝇神经干细胞通过非对称细胞分裂做到这一点，在非对称细胞分裂期间，影响自我更新和分异的因素被非均等地隔离。现在，Wang等人发现，有丝分裂激酶Polo通过磷酸化Pon（Numb的接头蛋白）调控肿瘤抑制蛋白Numb的非对称定位。Polo通过调控Pon/Numb来起一个肿瘤抑制剂的作用。这些发现表明在细胞周期与非对称蛋白定位之间存在一个直接的生化联系，同时也揭示了一个新颖的肿瘤抑制机制。


双管齐下的疫苗

很多有效疫苗通过诱导中和抗体来发挥作用，这种方法是HIV疫苗的一个研究重点。但一项新的研究表明，抗HIV抗体在以两种方式发挥作用时最有效：一种是通过中和，即直接杀死病毒，阻止其进入T-细胞；另一种是通过杀死感染的细胞。研究人员将保护人体不受HIV感染的一种具有中和作用的人体抗体的基因工程版本用于一个猴子模型，发现保护作用不仅依赖于该抗体的中和活性，而且依赖于其与促动细胞（effector cells）上的Fc受体的相互作用，该受体的作用可能是降低被感染细胞所产生的病毒数量。这项工作说明，用能够同时利用具有中和作用的抗体和通过巨噬细胞及细胞分裂素等实现的由细胞调控的免疫力的疫苗，也许能够获得最好的结果。

9月7日《Science》

高级社会技能人类独有
研究人员报告说，姗姗学步的儿童比他们最近的灵长类亲戚有更复杂的社会学习技能。这种天生的能力对学习很重要，使儿童在一生中能不断完善他们的自然的和社会技能。研究人员用一系列的测试比较了约230个对象，包括黑猩猩、黄猩猩、以及两岁半的儿童，他们在空间、数量、以及因果关系等自然认知技能上大致相同，但是在交流这个社会功能、社会学习和心理理论技能上，儿童在74%的测试中给出正确答案，而两种猩猩的正确率只有33%。这些发现支持了文化智慧假说，既人类具有独特的社会认知技能来进行文化群体的互动。Esther Herrmann和同事说，这是第一次比较儿童、黑猩猩、和黄猩猩的社会和自然技能的全面测试，他们写道，这些发现为人类认知的进化提供了重要的线索。研究人员打算用这个认知测验系列来系统地测试其他与人类关系密切的灵长类物种，并最终随着这些物种基因组的测序来比较他们的基因组。
英文摘要：Humans Have Evolved Specialized Skills of Social Cognition: The Cultural Intelligence Hypothesis,Esther Herrmann, Josep Call, María Victoria Hernàndez-Lloreda, el al.

小恐龙与鸟类的祖先
在蒙古发现的一个小恐龙物种的化石揭示，鸟的某些祖先在飞行发生前已经比较小。该恐龙是parave属的一种，这个分类学属包括亲缘关系近的鸟类和恐龙，它们都具有这个祖先的许多原始特征。与鸟类的早期进化以及飞行有关的变化较难研究，因为这些小的特征在化石记录中很难保留下来。Alan H. Turner和同事在蒙古发现了一只名为Mahakala omnogovae的70公分长的恐龙，其年代在1.46亿到6500万年前。该小组的系统分类研究显示，这个恐龙在parave属的位置是在奔龙(Dromaeosaurid)的根部。
英文摘要：A Basal Dromaeosaurid and Size Evolution Preceding Avian Flight,Alan H. Turner, Diego Pol, Julia A. Clarke, Gregory M. Erickson, el al

能收缩的肌肉薄膜
研究人员发明了一种用大鼠肌肉细胞和柔软的厘米尺度塑料组成的合成物，他们称其为“肌肉薄膜”，这种薄膜能行走、能游泳、还能卷成管子。该发明使人工微肌肉向具有更密集的能量和范围的生物肌肉组织迈进了一步，使它们在各种尺度的工程设备中有潜在的应用价值。Adam Feinberg和同事把大鼠的心脏细胞移植到印有蛋白质的薄膜上来鼓励肌肉按一定的格式生长。这个格式使薄膜以可预测的方式形成几种三维的形状。这些形状能通过自发的肌肉收缩或电信号控制下收缩形成能抓和能动的小器件。研究人员说，收缩的力量相当与自然心脏组织所产生的。
英文摘要：Muscular Thin Films for Building Actuators and Powering Devices,Adam W. Feinberg, Alex Feigel, Sergey S. Shevkoplyas, Sean Sheehy, el al.

突触传递与自闭症
研究人员用小鼠做实验，发现了一个与神经元传递有关的变异蛋白质，该变异能打乱大脑中突触放电的平衡。这个变异在某些患有与自闭症有关的紊乱的人身上也有，变异对小鼠学习的微妙影响也许使它们能成为研究某些形式的自闭症的模式动物。变异的蛋白质是neuroligin-3，是一个突触细胞粘合分子。带有变异的小鼠的抑制性突触传递增加，从而降低了神经元的“放电率”。Katsuhiko Tabuchi和同事说，变异小鼠与它们同笼伙伴的交互有所减少，但它们的空间记忆比没有变异的小鼠要好。研究人员指出，这与人类行为和遗传相类似，意味着抑制性突触传递的增加也许与某种形式的自闭症有关。
英文摘要：A Neuroligin-3 Mutation Implicated in Autism Increases Inhibitory Synaptic Transmission in Mice,Katsuhiko Tabuchi, Jacqueline Blundell, Mark R. Etherton, Robert E. Hammer, et al.