本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　生物通综合：

8月30日《Nature》

封面故事： 兰花的起源

自从达尔文时代以来，生物学家一直为兰花和它们的授粉者之间的亲密关系着迷。这种关系之久远，从本期封面所示化石就可见一斑。化石中是一只无刺的工蜂，带着兰花的一个花粉块，保存在距今1500万至2000万年前的琥珀中，是在多米尼加共和国发现的。这个花粉块是雄性生殖结构，在授粉期间作为一个结构单位被转移，带有一团花粉颗粒。该发现让人吃惊之处是，它是第一个明确来自兰科的化石。花粉块的形态说明该兰花属于斑叶兰（Goodyerinae）。通过将这一信息与来自其他相关化石植物的年代数据结合起来，研究人员便获得了对兰科植物分子系统发生学的一个新的校正结果。分析结果否定了兰花起源于较近年代（第三纪）的假设；相反，它表明它们起源于距今8000万年前的晚白垩纪。

哺乳动物性别特异性行为的形成时间

哺乳动物中雄性与雌性行为之间的巨大差别是怎样形成的？ 关于这个问题的主导理论是，性腺激素在脑发育早期诱导神经回路，让它们去诱导或抑制雄性或雌性特征。但新的研究工作表明，雄性或雌性的交配偏好并不是在发育过程中确定的。信息素感知已被发现能够改变成年雌性实验鼠的性行为。这一现象的关键是“犁鼻器”（vomeronasal organ），一种功能未知的辅助嗅觉器官，存在于鼻与嘴之间的犁骨（vomer bone）中。“犁鼻器”有缺陷的雌性会表现出雄性性行为，说明雄性和雌性行为的促动回路都存在于每个性别的脑中，是通过性别特异性的传感调控机制打开或关闭的。人类是在胎儿发育过程中失去“犁鼻器”的，但这一发现为研究人类的性别特异性行为开辟了新途径。

人类胚胎干细胞能够在体外自然产生hdFs

关于干细胞利基（stem cell niche）的概念因本期Nature上报告的一个重要发现将会进一步发展。干细胞种群是在特定的解剖位置或称利基的地方形成的，这些利基调控它们参与组织更新和修复的方式。现在，研究发现，人类胚胎干细胞能够在体外自然产生“源自人类胚胎干细胞的成纤维细胞一样的利基细胞”（hdFs），尽管已经离开了它们的体内微环境。然后，这些hdFs为支持性蛋白（其中包括胰岛素一样的生长因子-2，它能促进干细胞存活和自我更新）提供一个连续来源。这为我们思考人类胚胎干细胞的生长与分异的控制问题开创了一个新方法。如果人类胚胎干细胞能够被可靠地沿一个特定的通道来引导，那么从治疗角度来讲它们将变得更有趣。

原始行星的生长和小行星的形成

一个原始行星盘通过不断吸收其周围新生包裹层中的物质而生长的现象，已在Class 0 protostar NGC 1333–IRAS 4B中被首次观测到了。这是恒星和行星体系形成过程早期一个关键步骤，所有这样的系统都被认为要经过这个步骤。“斯皮策太空望远镜”的观测结果显示了一条来自水蒸气的在中红外波段的丰富的发射线， 这表明它起源于一个极为致密的盘表面，是被向内掉的（infalling）包裹材料的激波加热的。一个原始行星盘一旦形成，随着尘埃颗粒之间的碰撞形成更大的天体，小行星被认为就会形成。但当前的理论仅仅预测能够形成直径一米左右的小行星，而认为这样的像顽石一样的小行星在向中心的原始恒星掉的过程中速度太快，无法形成直径达到一公里的小行星。新的计算机模拟表明，气体盘与这些顽石之间的相互作用能形成极为致密的区域；在这些区域中，顽石彼此之间距离非常近，以至于它们之间的相互吸引力会将它们吸到一起，形成大小达很多公里的固体天体，从而直接形成作为行星构造单元的小行星。

25亿年前地球大气中氧含量上升的原因

对地球上的生命来说非常重要的大气中氧含量的上升发生在距今大约25亿年前。但关于被认为对这一事件负责的能产生氧的藻青菌的证据，是在距今2亿年前的岩石中发现的。如果这些细菌的确提供了氧，为什么有这么一个时间延迟？ Lee Kump 和 Mark Barley认为地球的构造演化是关键。首先，海底火山可能曾经起到氧的一个封存库的作用，使氧不能逃逸进大气中。然后，在大约25亿年前发生的大陆稳定化这一主要构造事件之后，火山活动的模式发生了变化，当时海底火山活动突然减小了，而还原性较差的地面火山变得更为普遍。所以，由于被海底火山吸收的氧变少了，便为大气中氧含量的上升创造了条件。

植物气孔对未来径流变化的影响

对植物生理效应对陆地水径流未来变化的贡献所做的一项评估表明，按照关于未来全球变暖的情景设想，发生洪灾的风险可能要比人们所假设的更大。让二氧化碳进入植物、让水分逃逸的气孔，当二氧化碳浓度高时开启程度要小一些，以减少植物水分的损失，从而使更多的水留在地表。这一效应可能是20世纪所观测到的陆地径流增加的原因之一，但关于未来径流变化的大多数预测都没有将它考虑进去。“二氧化碳当量”的概念（该概念被普遍用来比较温室气体对气候的效应）也没有考虑到这一效应，所以可能需要根据这些发现对其进行修改。

关于流动性对生物多样性影响的理论研究

流动性是多数生态系统中的一个重要因素，从那些由一个地方向另一个地方迁徙的动物到到处游动的细菌都是这样。Reichenbach等人在一项可能是关于流动性对生物多样性影响的第一个理论研究中，用“石头－剪刀—布”游戏对竞争的物种进行了模拟。在静态的种群中，现状可以保持。但当流动性超过一个临界值时，生物多样性就会丢失。低于这个临界值，亚种群可以共存，生物多样性可以维持——这一结果可能会被证明有助于生物多样性保护策略的设计。

25亿年前地球大气中氧含量上升的原因

对地球上的生命来说非常重要的大气中氧含量的上升发生在距今大约25亿年前。但关于被认为对这一事件负责的能产生氧的藻青菌的证据，是在距今2亿年前的岩石中发现的。如果这些细菌的确提供了氧，为什么有这么一个时间延迟？ Lee Kump 和 Mark Barley认为地球的构造演化是关键。首先，海底火山可能曾经起到氧的一个封存库的作用，使氧不能逃逸进大气中。然后，在大约25亿年前发生的大陆稳定化这一主要构造事件之后，火山活动的模式发生了变化，当时海底火山活动突然减小了，而还原性较差的地面火山变得更为普遍。所以，由于被海底火山吸收的氧变少了，便为大气中氧含量的上升创造了条件。

小鼠有了一个“HapMap”

用被用来研究毒性和人类疾病的很多小鼠模型进行研究工作的遗传学家，现在有了一个重要的新工具。4个野生型品系和11个近交系实验室小鼠品系的基因组已经完成重新测序，得到一个关于DNA变异的全面的数据库。研究人员识别出了大约830万个单碱基对差别，被称为“核苷酸多态性”（SNPs）。这些数据作为小鼠的一个“HapMap”公开发布在网上，网址为http://mouse.perlegen.com/。这套SNP标记的密度和质量对于一种哺乳动物基因组来说是前所未有的，将为识别小鼠表现型差异的遗传决定因子提供一个强大工具。


果蝇能品尝出汽水

果蝇被水果味吸引并不奇怪。最近的研究工作显示，果蝇还能嗅到二氧化碳并做出反应。二氧化碳是果蝇在野外可能会碰到的发酵中的水果的一种标记物。现在，果蝇还被发现能够通过其吻部的一组专门的神经元“尝”到以碳酸水形式存在的二氧化碳。这一新颖的味觉模式有可能帮助果蝇获得由微生物所产生的营养物质。

Tip60抑制肿瘤的前提

乙酰转移酶Tip60调控转录，涉及DNA的损伤响应。现在，它被发现在小鼠模型中和在人类肿瘤中都具有体内肿瘤抑制活性。人类Tip60位点（HTATIP）在头部和颈部鳞状细胞癌、乳腺癌和淋巴癌中都经常突变。在组织微阵列上着色的核Tip60在各种不同肿瘤中都丢失了，而且最显著的是在乳腺癌中也丢失了。这项工作表明，要在初发肿瘤细胞中发起一个由致癌基因诱导的DNA损伤响应，Tip60的浓度必需达到临界水平：这一防卫机制的失效可能与p53突变发生协同作用，共同促进肿瘤的发育。

8月31日《Science》

记忆的学习与取回激活相同的神经元
研究人员报告说，成功的记忆取回激活同是在学习时放电的神经元。这个Leon G. Reijmers和同事的发现回答了一个长期没有答案的问题：学习与取回记忆是否激发相同的神经元？这个小组产生了带有基因突变的小鼠，给学习过程中激活的神经元贴一种标记，而给取回过程的神经元贴另一种标记。这使他们能数在基底外侧杏仁体中涉及记忆的两个方面的神经元的数量，基底外侧杏仁体是大脑中记忆和情感反应的中心。这些小鼠接受关联条件化恐惧训练，有些受到了电击。受过被电击而产生恐惧训练的小鼠，在与最初受到电击相同的位置被测试记忆取回时，有最多的涉及记忆形成的神经元被激活。在相同的笼子里测试的或没有受过电击的小鼠的神经元数的重复最小。 
英文摘要： Localization of a Stable Neural Correlate of Associative Memory,Leon G. Reijmers, Brian L. Perkins, Naoki Matsuo, and Mark Mayford 


早期的城市发展不都是一个模式的
一项对叙利亚东北的Tell Brak 考古地点城市化的研究，确定出该地城市化出现的时间与伊拉克南部城市的时间相同，但是研究人员发现，叙利亚这个地方的生长模式不同。Tell Brak是美索不达米亚北部的一个40米高、1公里长的考古丘。Jason A. Ur和同事通过确定该地的人工制品追溯了其发展，他们的数据提供了一个非典型的城市演化。Tell Brak不是从一个人口聚集的中心向外扩展的，而是从几个分散的小定居点开始，随着人口密度的增加，向中心迁移的。这个发现提出，在研究美索不达米亚的发展中应该考虑几种而不是一种城市化过程，而且Tell Brak的居民也许没有一个强大的中央当权者。 
英文摘要：Early Urban Development in the Near East,Jason A. Ur, Philip Karsgaard, and Joan Oates 


一个与帕金森症有关的microRNA?
研究人员找到了一个新的microRNA, miR-133b,并发现它在中脑多巴胺能神经元的成熟、功能、和存活上起作用。帕金森症患者的中脑中，这些miR-133b细胞缺乏。帕金森症是一种由大脑的多巴胺能神经元产生的多巴胺形状和行为有问题引起的运动紊乱。Jongpil Kim和同事还发现，miR-133b与Pitx3形成一个反馈圈，Pitx3是中脑多巴胺能神经元的一个关键的转录调节因子。在一片相关的研究评述中， Sébastien S. Hébert和Bart de Strooper 写道，microRNA网络与人类的疾病有关，包括心脏病、癌症、阿尔茨海默氏病、Tourette综合征，现在被发现也与帕金森症有关。他们提议，这个发现以及在神经退化疾病领域的其他发现也许能帮助阐明microRNA 涉及这类疾病的程度，他们指出，“microRNA做为治疗疾病的靶标仍是一个极具挑战的课题”。 
英文摘要：A MicroRNA Feedback Circuit in Midbrain Dopamine Neurons,Jongpil Kim, Keiichi Inoue, Jennifer Ishii, William B. Vanti, el al. 
英文摘要： The Emergence of miRNAs in Neurodegenerative Diseases,Sébastien S. Hébert and Bart De Strooper 


日冕中的等离子体波
本期一篇报告说，天文学家首次观察到了一种太阳等离子体波，该波曾被预测在日冕中存在。天文学家观察了这种名为Alfvén波的传播，试图解释为什么日冕的温度比太阳表面温度高出几百万度。日冕子向太空伸出几百万公里，其温度是几百万度开(K)。该研究小组用美国新墨西哥州国家太阳天文台的一台新偏振仪在一个窄波段和用偏振光成像了太阳的表面，检测到了Alfvén 在其中传播的特征。Steven Tomczyk和同事发现，这些等离子体波不强，不能单独解释日冕中的高温，所以研究人员还需要寻找把热量从太阳表面传输到日冕的机制。 
英文摘要：Alfvén Waves in the Quiet Solar Corona,S. Tomczyk, S. W. McIntosh, S. L. Keil, P. G. Judge, et al.