本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

1月17日《Nature》

封面故事：

人类恶性黑素瘤干细胞

癌症干细胞已经从若干人类肿瘤中被分离了出来。最新发现的是人类恶性黑素瘤引发细胞的一个亚组，科学家根据它们对化学抵抗力调节因子ABCB5的表达将其识别出来。ABCB5+亚组的大小与黑素瘤患者临床病情发展相关，初步证据还表明，这些黑素瘤干细胞可以用针对ABCB5的抗体将其作为特异性目标。这为黑素瘤提供了一个潜在的治疗策略，而且对这种类型细胞进行研究还有可能回答癌症生物学中的重要问题。本期封面所示混合型黑素瘤细胞（电脑增强的荧光显微镜图像合成图）是在活体中所发生的一次人类肿瘤异种移植中形成的，即通过一个ABCB5+黑素瘤干细胞与一种更为分化的ABCB5-肿瘤细胞融合形成。细胞核分别用基因编码的红色（DsRed）和绿色（EYFP）荧光标签作了标记。

让铀酰双阳离子发生自由基反应的方法

铀存在于环境中几乎任何地方，存在形式为高度可溶的、流动的铀酰双阳离子（UO22+），它也是来自核电和采矿工业的一种主要放射性污染物。这种化合物由于铀原子和它的两个oxo基团之间异常强的化学键因而化学性质不活泼。现在，Arnold等人报告，如果通过将这种双阳离子放置在一个适当的、刚性的分子框架中而使其牢固的O=U=O键断开的话，可以让一个铀酰oxo基团发生通常只有过渡金属oxo集团才能发生的自由基反应。一旦放在这个位置，铀酰双阳离子便会发生单电子还原和oxo基团功能化，形成独特的五价铀酰化合物。这些转变也许能够导致在溶液中以其最常见的形式操纵和处理铀的策略的问世。

副热带海洋上层氧生产观测研究

副热带海洋的上层海水是氧的净生产者还是消费者的问题，在过去十年一直是一个相当有争议的问题。Riser等人利用部署在剖面浮标上的氧传感器在三年时间里对北太平洋和南太平洋副热带环流中多处地点氧生产的平衡状态进行了分析。这些测量结果所提供的证据表明，全年内这一海洋区域上层有一个净的氧生产。这些发现对于我们了解开放海洋中的生化过程及海洋/大气联系具有重要意义。

慢性疼痛的药物治疗目标

伴随炎症和神经损伤出现的慢性疼痛经常是用传统止痛法无法止住的，所以科学家对确定诱导这种疼痛的机制感兴趣。越来越多的证据表明，脊索突触抑制的丧失在慢性疼痛中是一个关键因素。这表明，一种合理的疗法应以逆转这种抑制丧失为目标。利用基因剔除小鼠所做的新的研究工作识别出，特定GABAA受体亚型是这种脊髓疼痛的关键。实验药物L-838,417（专门以这些受体亚型为目标）在大鼠炎症和神经痛模型中是有效的，但却没有特异性较差的GABA神经兴奋药物预计会产生的镇静、运动损伤和产生耐受性等副作用。

对5q综合症负责的又一个可能的肿瘤抑制基因

染色体5q上发生的删除与骨髓增生异常病灶有关。对此负责的基因仍然不是很清楚。现在，Ebert等人利用一种基于RNA干涉的方法（该方法可识别haploinsufficient肿瘤抑制基因）识别出，RPS14（一种核糖体RNA处理过程的调控因子）是对这种所谓的5q综合症负责的一个候选肿瘤抑制基因。这为与肿瘤抑制相关的核糖体因子不断增长的清单上又增加了一个因子。

李斯特菌在细胞内的繁殖场所

细菌病原体李斯特菌是免疫缺陷者和怀孕者一个常见的感染原因。它在被感染细胞的胞质中快速繁殖，但最近在这种疾病一种小鼠模型的细胞内囊泡中也被发现。对患有难治性李斯特菌病的小鼠的这些囊泡所做的一项深入研究发现，它们是比较慢的细菌复制的场所，也许能帮助细菌面对宿主免疫反应而生存下去。

伴护分子p97与核被膜的改造

伴护分子p97是一种ATP酶，参与各种不同功能，如内质网中蛋白的降解和细胞周期调控等。在有丝分裂开始时，核被膜被拆开，并在过程的最后被改造。这项研究为核被膜的改造提供了一个机理上的解释。研究发现，p97与染色质上Aurora B（核被膜形成的一种已知的抑制成分）的一种泛素化形式相结合。这导致Aurora B从染色质中被提取出来，从而允许染色体解凝和核被膜形成。

专门进行模仿的“镜像”神经元

灵长目的“镜像”神经元令某一个体能模仿另一个体的行为，因为当某一个体执行或观察某一特定动作（如一个手势）时，这些神经元就会发射信号。一个很好的例子是声音学习，如人类语言学习和鸟类鸣叫的习得。这也许是“镜像”神经元的一种显而易见的工作，但此前一直没有关于听觉—声音“镜像”神经元的报道。现在，对沼泽带鹀（一种像人类一样依靠听觉体验来学习声音的鸟）所作的一项研究中，一组专门进行听觉—声音监测的前脑神经元被识别了出来。这些神经元对于一个给定的音符序列几乎有同样的反应，而不管该音符序列是作为其歌曲的一部分“唱”出来的，还是听另一只鸟“唱”出来的。

非线性体系中Fano效应的研究

Fano效应是由一对竞争的光通道之间的量子力学共振或干涉所产生的一种光谱失真。该效应在原子、大体积固体和半导体异构体系的光谱中普遍存在。它反映了离散的能量状态（如一个原子的能量）是怎样与其环境中的连续状态耦合在一起的。该效应已被广泛研究，但通常研究工作是在低激发功率下的线性体系中进行的。一项利用半导体量子点进行的新研究对非线性Fano体系的物理学问题进行了探讨。研究人员在实验中观测到了明显的Fano共振，它们可通过改变装置的设计或施加电压来调节。在非线性体系中，Fano干涉的可见度急剧增加，这可被用作关于离散状态和连续状态之间耦合程度的一种灵敏探针，它对于量子位等来说是有意义的，因为在这样的体系中，与环境的耦合需要保持在最低程度。

用DNA组装多功能纳米结构的新方法

DNA是自组装纳米结构所选择的建筑材料，但关于其使用的大多数例子都集中于特定目标，而不是建立有望达到在自然界才能够实现的多功能性的通用设计通道。Yin等人利用一个新体系在朝着实现多功能性的方向上迈出了一步。这个新体系基于模块化的DNA“发夹”，能将组装和拆装通道通过程序编入DNA的构造单元中。新协议的关键是“反应图”，即表示DNA模块及它们相互作用的一种简单方式，它能够简化整个设计过程。这将使组装程序能够准备分叉的接合分子、自催化DNA双螺旋对、分子树和一个能沿DNA轨道行走的双足分子。

地幔过渡带水含量测量结果

地幔中水的存在对地幔物质的物理性质有重要影响。电导测量结果可能是地球内部水含量多少的一个有用指示，最近获得的电导数据表明，在过渡带（上层和下层地幔之间一个几百公里深的地带）中，水含量相对较高，相比之下，上层地幔中所推断出的水含量则要低很多。Yoshino等人在本期Nature上发表了关于wadsleyite和ringwoodite（过渡带主要矿物的主要成分，其晶体结构中含大量水）电导性的新的研究结果。他们的测量结果（是在与地幔过渡带相似的条件下获得的）与以前获得的数值明显不同。电导性实测结果表明，地幔过渡带事实上是干燥的。

毛囊干细胞与毛发再生

长毛的哺乳动物也许能教给我们关于如何控制干细胞复制的重要知识：它们的皮肤含有数以千计的毛囊，这些毛囊经历着从生长到休息的周期，而且每个毛囊干细胞在程序上就以某种方式决定了它们都能协调细胞分裂。现在，骨形态发生蛋白（BMP）和它们的抑制因子已被识别出在控制毛囊活动周期中起中心作用。对那些剔毛后毛发再生的小鼠来说，BMP2和BMP4都会调控各个毛囊中毛发的生长，并与附近的毛囊进行协调。这对信号分子还符合对“chalone”的描述，后者是50年前就有人假设的分子，用以解释毛发生长的模式。这项工作对于癌症形成和干细胞工程研究有参考意义，因为很多这类研究都假设小鼠皮肤在长时间实验中都是均匀一致的。

Spastin的结构已确定

Spastin是一种微管切割蛋白，被认为参与核蛋白复合物的组合或功能，由于其在神经突触形成中起到重要作用，同时其基因突变是一组遗传性神经退化疾病的主导性致病原因，所以它引起人们相当大的兴趣。现在，Spastin的结构已经通过X射线晶体学方法以原子分辨率被确定。将遗传性Spastic截瘫突变与Spastin的结构进行对比，可以看到疾病突变是怎样损伤这种酶的，这也为进一步研究造成人类疾病的生化和结构缺陷提供了一个起点。

《Science》

封面故事：蚂蚁与树木因失去大型哺乳动物而遭殃

    一项新的研究显示，如果东非热带大草原上的大象、长颈鹿及其他食草动物消失，其生态效应可能会一直延伸到该草原上的蚂蚁与金合欢树。“互利共生”指的是两个物种存在相互依赖、双方获利的关系，这种现象在生态系统中是常见的。但是，研究人员现在才开始了解到，一个生态系统中的其他组成成分是如何影响这种相互依赖关系的。

    在非洲的热带大草原，至少有4种蚂蚁依赖于合欢荆棘树，这是它们的食物与庇护所，尽管它们利用这些树的方式有所不同。Todd Palmer及其同事将他们位于肯尼亚的研究场所的某些生长有金合欢树的小块土地隔绝起来达10年之久，使大象、长颈鹿及其他大型哺乳动物无法啃食这些树木。结果，那里的蚂蚁的集群规模变小，而另外一种不同种类的蚂蚁成为比其他蚂蚁更占优势的集群。所有这些效应接着导致树木遭到在树干上钻孔的甲虫的更多攻击，并使这些树木的生长与生存都遭到毁损。

    冰原普遍存在于超级温室气候中

    一项研究显示，即使在海平面很高且海水表面很暖和的白垩纪时期(距今1.45亿年到6500万年前，热带地区海面温度超过97华氏度，如今为84华氏度)，这一地球历史上最为温暖的时期之一，也存在着冰川。人们一直以为，在这些极端温暖的时期，地球的两极通常是没冰的。研究人员披露，在距今20万年前的白垩纪最热时期，即在一场极端性全球暖化的事件当中，当时地球上的冰川仍多达现代南极冰原的一半大小。过去有人曾经提出，在这一时期，地球上存在冰川，但有关数据的说服力不足以推翻传统观念。如今，André Bornemann及其国际性研究团队将海洋石灰石的信息与用温度指数测得的海洋温度及冰容量相结合，从而证明当时地球上存在短时期的冰川。本文作者提出，当时地球的南极有冰原存在。

    随着文明的进展计数可变得更为简单

    据德国研究人员报道，在某些文明中，随着时间的推进，在应对文化变革时，其计数系统会变得更为简单。一般人认为，随着文明的进化，其计数系统将变得更为复杂，而这些发现与上述观念相左。Sieghard Beller与Andrea Bender对美拉尼西亚和波利尼西亚的4种语言进行了语言学及人类学资讯的分析，而美拉尼西亚和波利尼西亚有一种共同的先祖语言。该先祖语言具有相对较大的一套数字字汇，可用来计数许多对象。而该地区更为新近的语言则使用非常短的或“对象特异性的”计数数列。例如，在某一对象特异性的数列中，描绘100个椰子的字与描绘100艘独木舟的字不同。本文作者解释说，这些简单的计数数列可能是为满足不同的文化需求而发生了进化。例如，它们可能使人们能够记录长距离交易份额的报酬，或作为在缺乏书写符号系统时的一种凭证。本文作者说，他们的发现支持一般人所持有的观点，即语言——例如一种口头计数系统——会影响人的认知能力，包括心算能力。

    数百种可能的HIV-1新宿主因子被确认

    利用一种对整个基因组所进行的筛检试验，研究人员已经确认了许多HIV(艾滋病病毒)在人体细胞内复制所需的新的人类蛋白。对这些新的宿主因子特性的了解，可以让科学家们针对这些蛋白质而创制新的药物，并帮助他们深入了解HIV感染生物的过程。HIV-1病毒只编码少数自己的蛋白，因此它的生长及存活依赖于多种宿主细胞内的活动。Abraham L. Brass及他的合作伙伴使用能抑制某些特别基因表达的小段的干扰性RNA，发现了他们称之为HIV-依赖性因子的250种以上的人类基因。科学家们将继续研究这些因子，以了解这种病毒是如何通过操纵人类细胞而旺盛地增长。