本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　生物通综合：

01月03日《Nature》

封面故事： 磁单极理论上有可能存在

我们都熟悉携带负电荷或正电荷（如电子和质子）的基本粒子，但还没有关于存在带一个净磁荷（magnetic charge）的基本粒子的证据。磁铁似乎总是有不能分开的北极和南极，没有已知的磁单极（magnetic monopoles），尽管人们都在努力观测它们。现在，一项有趣的理论研究提出，磁单极是可能存在的——不是以基本粒子的形式存在，而是以“自旋冰”(spin ice)等奇异的凝聚态物质系统中的出射粒子（emergent particles）的形式存在的。该理论（基于与量子霍尔系统中所看到的分数电荷或准粒子的类比）还能解释自旋冰中已经在实验中观测到、但至今尚不理解的一种神秘相变。本期封面图片所反映的是一个正在分裂成单独的单极状态的自旋冰体系中电子自由度的偶极状态，由Alessandro Canossa提供。

昆虫性肽受体已被发现

多数昆虫的雌性在交配后其生殖行为都发生一个深远的变化：它们会变得对求偶的雄性不能接受，并开始产卵。尤其是雌蚊子，它们在交配后开始找血吃。这种变化是由雄性精液中存在的因子诱发的，并且在1988年，果蝇的这种活性因子被发现是一种小的肽分子，称之为“性肽”（sex peptide）。现在，科学家长期寻找的这种肽的受体蛋白已经被识别出来。这种性肽受体（原来就是孤儿受体CG16752）在与其他跟性相关的行为有关系的一个子集的神经元中发挥功能。该受体在不同昆虫物种中都被高度地保留了下来，从而提出这样一个可能性：我们有可能以该受体为目标，来破坏有害昆虫的生殖行为，或干扰能够传播疾病的昆虫寻找宿主的行为。

最年轻的太阳系外行星

已知太阳系外行星的数量已达三位数，但此前这些行星中没有一个可以称之为“年轻”的行星。现在，一颗巨大的年轻行星——其质量为木星质量的六倍——已在附近恒星 TW Hydrae周围的尘埃盘中被探测到。TW Hya只有800万到1000万年，它已经被确定为是形成行星的一个可能的地点，并且在其环星盘中还存在一个行星系统的构造单元。新的观测结果的重要性在于，它为太阳系外行星形成的时间尺度施加了一个直接限制条件。

超小纳米颗粒三维结构的确定

确定超小纳米颗粒的三维结构很困难，因为它们不稳定，并且会与用来分析它们的任何入射电子束发生相互作用。现在，通过将象差校正的扫描透射电子显微镜与成像模拟技术结合起来，研究人员以单原子分辨率确定了专门准备的、大小经过选择的金纳米团块的大小、形状、取向和原子排列。这些颗粒是在气相中制备的，软着陆在一种无定形的碳基质上。这些材料在催化和生物应用方面可能派上用场。

北半球秋季变暖的原因

对北半球大气二氧化碳浓度和生态系统二氧化碳通量的年际变化所做的一项分析表明，秋季较为温暖的气候条件与早秋到冬季大气中二氧化碳的积聚有关。这个结论似乎是反直觉的：温暖的秋季肯定意味着更长的生长季节和对陆地碳汇的一个有利影响，因为树木和植物等能够制造更多生物质。 卫星观测结果和数值模拟对此提出一种解释。由更高温度引起的呼吸作用的增强造成足以抵消光合作用增强所产生好处的碳损失，限制了这些生态系统作为碳汇所具有的潜力。而且，响应于秋季变暖所出现的二氧化碳损失还会将春季多吸收的二氧化碳大部分抵消掉。如果未来的变暖在秋季比在春季发生得更快，那么北半球生态系统封存碳的能力就可能会以比以前的预测更快的速度下降。

声波触发地震的实验研究

由地震波诱导产生的小应力可在几千公里之外触发地震，并且断裂经常是在地震波过后很长时间才出现的。这种动态地震触发现象背后的机制尚不知道。关于颗粒摩擦的实验室研究已经成为研究断层区过程的一个有用工具，正如对颗粒介质（玻璃珠子）中所发生的粘-滑（stick-slip）现象进行跟踪的新的实验所表明的那样（研究人员将实验分成两种情况：一种是不用声波刺激地震的触发，另一种是用声波刺激地震的触发）。结果表明，与触发的余震相应的小幅度断裂事件是在当施加幅度足够大的声波时出现的。震动还会使得大的滑动事件相对于那些没有波扰动的事件在时间上被破坏，说明构造断裂的动态应力作用在决定地震复发的复杂性上可能起一个类似的作用。

Ets2是唐氏综合症患者肿瘤发病率低的原因

一些流行病学研究曾经表明，唐氏综合症（这种病的患者携带三个版本的21号染色体，被称为trisomy 21）患者固体肿瘤发病率较低。其他研究未能证实这一发现。用唐氏综合症的Ts65Dn小鼠模型（携带三个版本的21号染色体，涉及大约100个基因）所做实验可能已经解决了这些矛盾的发现。它们显示，小鼠身上与人类21号染色体上的基因相当的一组基因的三版本化能够降低一些小肠肿瘤的发病率，而同样基因的一个版本的存在则会增加肿瘤数量。这一取决于剂量的效应可归因于转录因子Ets2。因此，Ets2（此前人们知道它是一种致癌基因）也可以起一种对剂量敏感的肿瘤抑制因子的作用，并且是癌症预防的一个潜在的药物作用目标。

NUMB蛋白的抗癌作用

NUMB蛋白通过与一个NOTCH家族的胞质膜受体发生相互作用来参与决定细胞的命运，并且在内吞作用中也发挥一定作用。过去，人们知道它的表达在人类乳腺癌中被降低。现在，NUMB已被发现通过抑制泛素连接酶Hdm2、从而防止主要肿瘤抑制因子p53被破坏来起一种肿瘤抑制因子的作用。另外，NUMB在乳腺癌中较低的表达水平被发现与预后较差有关。这些发现将以前被认为无关的两个细胞生物学领域关联了起来，并且对于合理的癌症疗法的设计也有潜在参考价值。

用大肠杆菌生产高质量生物燃料

“高级”醇类作为生物燃料比乙醇有优势，因为它们能量密度更高、吸水性更低；“支链”醇类比直链醇类有更高辛烷值。过去，一直无法用原生微生物来生物合成这些醇类。现在，研究人员通过基因工程手段对大肠杆菌进行改造，已经可以用它们来从葡萄糖生产高级醇（包括异丁醇、1-丁醇和2-苯乙醇）。该方法涉及对氨基酸生物合成通道中的中间体进行分流，来合成想要的醇类，它可帮助通过微生物发酵来大规模生产生物燃料。

线粒体tyrosyl-tRNA合成酶CYT-18与一种核酶复合体的晶体结构

地球上的生命据信是从一个“RNA世界”演化来的，在这个世界上，RNA分子既催化重要的化学反应，又携带遗传信息。在现代生物学中，蛋白已经成为细胞中完成酶催化作用的主要角色，而核酸则仍旧扮演携带遗传信息的角色。然而，在细胞内，仍然有RNA世界的遗迹。其中的一个遗迹就是线粒体tyrosyl-tRNA合成酶CYT-18，它来自真菌链孢霉（Neurospora crassa），也与一种group I intron 核酶结合，并且帮助进行剪接（splicing）。现在，这一蛋白/核酶复合体的晶体结构已被确定。它们的相互作用界面与CYT-18用来在其酶催化作用中与tRNATyr结合的界面是不同的。研究人员还发现了在非拼接tRNA合成酶中不存在的特定变化，说明它们可能是RNA-蛋白复合体从只有RNA的酶演化而来的方式。

1月04日《Science》

与罕见生长状态有关的基因突变被发现
 
有一种罕见遗传状态的人，他们的大脑和身躯比正常人的小，但他们的智力基本正常。现在研究人员报告说，这些人携带着影响细胞分裂过程中染色体分离的突变基因。这一发现以及对其他有极端矮小身材个体的基因分析，能为人生长的调控过程提供线索。Anita Rauch和同事找到了与畸形小头Ⅱ型原始侏儒症（简称MOPD II）有关的基因突变。有这种罕见遗传状态的成年人，身高仅1米、头大小相当于3个月的婴儿，但是他们的智力接近正常人。
 
带有突变的基因是PCNT，它编码中心粒周围蛋白(pericentrin)，这个蛋白质在细胞分裂过程中对拉开染色体的细胞结构的固定起重要作用。虽然这些细胞层次的突变如何影响身体大小的准确机制还有待确定，但有意思的是，其他遗传性小脑症也被发现与细胞分裂的这个方面有关。作者在文章的结论部分推测，来自印尼弗洛里斯岛的小人化石也许代表有这种基因突变的人。
 
蝴蝶用蚂蚁抚养幼虫
 
一篇报告解释说，丹麦一些地区的美丽蓝色Alcon蝴蝶欺骗蚂蚁来抚养蝴蝶幼虫，而不是蚂蚁自己的幼虫，因为这些蝴蝶幼虫进化出了一种模仿蚂蚁幼虫的外层。这种学名为Maculinea Alcon的蝴蝶是寄生虫，它们危害两种红蚁的健康。David R. Nash和欧洲的共同作者研究了丹麦的几个Alcon毛虫发育的地方。毛虫先在沼泽植物上生长，然后小红蚁(Myrmica rubra）和皱结红蚁(Myrmica ruginodis)把它们搬到自己的窝里。这些蚂蚁不顾自己的幼虫而照顾蝴蝶毛虫。生物学家了解到，这些蝴蝶幼虫对蚂蚁幼虫表皮碳水化学的模拟越接近，蝴蝶幼虫吸引蚂蚁的成功率越高，但是这种模拟在不同的地方不尽相同。文章作者提出，当重新将濒危的Alcon蓝蝴蝶引进野生环境时，需要仔细考虑蚂蚁与蝴蝶这种表皮化学的匹配问题。
 
海洋热量增加不均匀
 
研究人员报告说，尽管北大西洋的总体温度在上个世纪中增加了，但是在整个区域的分布并不均匀。这个例子符合全球变暖的总体模式，在科学家能更准确地预测变暖的影响之前，他们需要了解温度变化的空间模式。Susan M. Lozier和共同作者发现，在北大西洋的过去50年中，虽然热带和亚热带的海洋变暖了，但是副极地海洋温度降低了。他们用一个海洋总循环模型解释了这些变化，它们主要与风以及与北大西洋震荡有关。大西洋震荡是海洋压力不同造成的气候现象。研究人员提出，尽管北大西洋温度变化的空间模式不是全球变暖的直接反映，但是它可能有变暖的间接结果，与大气循环的大尺度变化有关。