生物通综合：

2月21日《Nature》

封面故事：火星上的三角洲是怎样形成的

了解表面水流是怎样形成火星表面所观测到的三角洲和冲积扇的，对于了解该星球上水的历史具有根本性的意义。水流的持续时间尤其是一个重要因素，但迄今为止，对火星水文事件持续时间的估计相差很大，从几十年到几百万年都有。现在，在地球上所做的一系列实验中（实验在荷兰乌得勒支大学的Eurotank实验室中进行），研究人员重建了火星上阶梯式三角洲的特征地形。他们获得的发现表明，火星上的阶梯式冲积扇是由地表下储存的水的突然释放形成的，而不是由表面降水形成的。在火星上的流行条件下，这种地形与需要几十年时间的单一盆地填充事件是一致的，所需的水量与跟密西西比河大小相仿的一个大型地表河流所排放的水量差不多。封面图片是一幅组合照片，是由Eurotank实验室通过实验形成的一个火山坑的每像素4毫米的数字化地形模型。

叶绿体中含光合作用基因的一种藻类

Apicomplexans是动物的原生动物寄生虫，包括引起疟疾、弓形虫病和其他人类疾病的病原体。大多数apicomplexans都含有一个未染色的叶绿体残体——apicoplast，它是这种寄生虫生存所必需的。人们认为，光合作用基因在细胞器演化过程中丢失了，但 “光合作用apicomplexan”的后代却没有留下来，而已知有一个光合作用的质体。现在，从悉尼港的一个石珊瑚分离出的一种生物有可能填补这一空白。这种藻类与珊瑚一起生活，但也可以作为一种自由生活的生物来培养。从系统发育学上来讲，它与Apicomplexa是相关的，与甲藻不同，其叶绿体在遗传上有一个新奇之处——它们有光合作用基因，同时结合UGA密码子的使用来编码tryptophan，后者是apicoplasts的典型特征。

O-GlcNAc在胰岛素抗性中所起作用

O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc)对核蛋白和胞质蛋白的修饰正在成为很多细胞过程的一个关键调控因子。人们怀疑，它们所扮演的一个角色是充当营养传感器，与通过氨基己糖生物合成通道的葡萄糖流量相关。对O-GlcNAc相应于葡萄糖流量所起作用所做的一项研究显示，在O-GlcNAc转移酶（OGT）上有一个新型类脂结合点：在胰岛素刺激下，名为“磷脂酰肌醇3,4,5, trisphsophate”的类脂与OGT结合，将其吸收进胞质膜中。然后，OGT用糖来“装饰”胰岛素信号通道蛋白，抑制它们的活性，阻滞胰岛素反应。OGT在小鼠肝脏中的过度表达引起胰岛素抗性和血脂异常。因此，胰岛素信号通道的异常O-GlcNAc修饰有助于胰岛素抗性、肥胖症和2-型糖尿病的形成。

太阳系外行星HD 209458b周围原子氢的能量来源

太阳系外行星HD 209458b被一个由原子氢构成的巨大云团所包裹，覆盖一个比恒星盘还大的区域。当该行星从其宿主恒星前经过时所观测到的一条光谱线显示，在与该行星相距很远的距离处存在高速原子氢，这被解释为从该行星外逸层逃逸、被恒星辐射压力加速的氢原子。从在太阳系中来自太阳风的高能离子遇到一个中性的行星大气的所有地方都能看到高能中性原子的这个事实出发，Holmström等人建立了另外一个模型。按照这个模型，恒星风粒子从行星的外逸层中的中性氢获得电子，产生高能中性原子。


一种“超分子橡胶”新材料

当一个橡胶带断裂后，我们的办法是换一个新的。但本期Nature上描述的一种引人瞩目的新材料的行为却很不相同。这种新材料由包含三种不同官能团的分子组成，三个官能团形成多个氢键，这些分子一起形成一种“超分子橡胶”，既包含链形结构，又包含交联结构。这个体系具有橡胶一样的行为，即当被拉长到其原始长度几倍的长度时，它们能够恢复到原始长度。与由大分子构成的传统橡胶相比，这种材料在断裂后，如将断面在室温下放到一起，它们还能自我愈合。这种新材料可以用简单的成分（脂肪酸和尿素）来合成，而一旦合成之后，再加工就比较容易了。按照其目前的形势，这种超分子橡胶在压力下恢复较慢，在应力作用下会发生“蠕变”，但通过调整起始组分，可以获得一系列不同性能。

关于鸟类飞行起源的一个新观点

试图通过研究化石和现代鸟类来了解飞行起源的工作产生了两个截然不同的阵营：一个阵营认为，早期鸟类是从地面起飞的；另一个阵营认为，它们是通过从树上或崖壁上落下来起飞的。对飞翔中的鸟进行观测并不是很有帮助，因为翅膀的运动相差非常大，取决于鸟在干什么。现在，通过对飞翔中的chukars（一种在地面生活的像鹌鹑一样的鸟）进行摄像，Dial等人发现，我们的困惑实际上是一个视角问题。如果以脊柱线为参照系，那么我们可以看出它们的翅膀似乎是根据特定行为来动的。但如果考虑翅膀与地面（引力）所成角度，我们就会发现，这个角度很窄，与身体在做什么没有关系。所以，飞行的问题是一个学习以特定角度拍动翅膀的问题，与原始鸟类是从地面直接起飞的、还是通过从一定高度跳下来起飞的没有关系。

新传染病的早期识别和遏制策略

新出现的传染病是对人类健康的一大威胁，艾滋病、SARS、抗药性细菌和埃博拉病毒是最近的一些例子。通过识别新出现的疾病热点，人们认为，应当有可能在早期阶段发现健康风险和制定遏制它们的策略。对在1940和2004年间出现的超过300例新出现的疾病所做的一项分析表明，这些热点可以根据社会-经济、环境和生态因素被准确描绘出来。该研究所获数据表明，疾病监测工作以及当前研究经费中的很大部分都集中在发达国家，而风险图则表明，新疾病更有可能出现在发展中国家。

通过基因组分析看人类的迁移史

对人类种群在整个基因组范围内的变化模式进行分析，可以为世界范围内的人类迁移和适应模式提供遗传证据。本期Nature上两篇形成对比的论文显示了这种方法的威力。通过将大量数据集结合起来，Lohmueller等人获得了对1/15的非洲裔美国人和1/20的欧洲裔美国人所携带的有害突变数量的精确估计（通过对11,000个基因重新测序获得）。他们发现，有欧洲背景的人与有非洲背景的人相比，其基因组中有潜在危害性的突变更多。这个现象可以被理解为伴随人类在欧洲定居而出现的“走出非洲”瓶颈事件所留下的一个遗传烙印。Jackobsson等人通过分析在“人类基因组多样化项目”中所涉及的29个种群，为我们提供了关于人类变化的一个更宽广的画面。他们获得了人类基因组中超过500,000个标记的基因型数据。与对有非洲背景和欧洲背景的美国人所做研究相呼应的是，这些数据表明，与非洲的地理距离越远，连锁不平衡（linkage disequilibrium）越大。


神经干细胞在学习和记忆中所起作用

新神经元的产生出现在成年脑中，似乎是受到如学习、锻炼和压力等外部刺激因素的刺激而出现的。但我们尚不清楚这个过程是怎样调控的，也不清楚它对脑功能是否重要。用缺失孤儿核受体TLX（在神经干细胞中表达）的基因剔除小鼠所做的新的研究工作表明，成年神经生成在学习和记忆中扮演一个至关重要的角色。实验中所用的小鼠干细胞繁殖减少，空间学习能力明显降低。但因为如恐惧条件反射等其他行为未受影响，所以这些新的神经元似乎对脑功能有一个选择性贡献。

转录调控因子PGC-1α的新功能

转录调控因子PGC-1α调控锻炼对骨骼肌的很多效应，包括线粒体生物生成和纤维型切换。现在，这种蛋白被发现能够激活一个自然防卫通道，该通道保护缺血组织。PGC-1α是响应于缺氧和营养缺乏而产生的，它反过来又会诱导VEGF去促进血管形成。这一通道与涉及缺氧诱导因子的缺氧反应通道是分开的，也许能够为治疗心、脑和肢体缺血疾病提供一个新的治疗目标。

2月15日《Science》

封面：一幅新绘制的有关全世界的地图显示了人类活动对40%的海洋有着很强的影响，海洋中只剩下约4%的地区处于相对原始状态。根据新的研究结果，海洋中受到人类影响程度最大的地区包括东加勒比海、北海及日本领海，而海洋中受到人类影响程度最小的地区为两极附近。这些新的研究结果对海洋保护计划的优先次序应该是有用的。这一高清晰度的全球地图反映了人类对海洋生态系统的17种不同类型的影响，包括人类造成的气候变化，渔业活动及对海洋的污染。Benjamin Halpern及其同事将来自不同来源的数据进行了汇编，并将其输入一个模型，而该模型对海洋的每一平方公里都指定有一个单一的数值。该数值反映的是人类在那个特别地点所引发的正在进行中的总体变化。这些结果显示了海洋中没有一处地方是完全没有被人类活动所触及过的，海洋中大约有1/3的地区受到人类活动的高度影响，而受到影响最严重的海洋环境是大陆架、岩礁、珊瑚礁、海草床及海底山脉。

如何制备多能干细胞

研究人员近来发现，人类及小鼠的成年皮肤细胞可以通过程序改编而成为多能细胞——它们能以与胚胎干细胞类似的方式来产生任何类型的细胞。现在，从事这一工作的研究团队之一又进一步了解了这些被导引的多能干细胞或称iPS细胞在植入体内的时候是如何在不引起肿瘤的情况下进行程序改编的。这是iPS细胞在用于疾病研究或研发人类治疗方法的时候必须解决的一个问题。Takashi Aoi及其同事在通过某逆转录病毒递送到细胞中的基因驱动因子的帮助下，将小鼠成年肝脏细胞和胃上皮细胞进行程序改编而成为iPS细胞。研究人员能够确认这些iPS细胞确实来自成年细胞，而不是来自同一细胞培养中的任何搭便车的未分化的干细胞。研究人员还显示了所用的逆转录病毒无需钻入成年细胞基因组的特别部位，这将帮助科学家避免病毒被整合到容易引发肿瘤的区域。被植入iPS的小鼠在接受了新的细胞之后的6个月仍然没有出现肿瘤。

木星与土星的同属星球

来自11个国家的研究人员发现了两个太阳系以外的行星，它们的质量都比木星要小，它们所环绕旋转的恒星的大小约为我们太阳大小的一半。尽管近几年来人们接二连三地发现了太阳系外的行星，但这些行星中的大多数都是比我们所在太阳系中的巨大星球还要大得多的巨型星球。可是，B. Scott Gaudi及其同事说，新发现的这两个行星及它们的太阳就像是一个在相对大小及轨道分离上按比例缩小的我们的太阳系。这些行星是用一种叫做重力微透镜的技术(即星球的光芒受到行星重力的牵引而发生弯曲或偏离)被探查到的。它们是由重力微透镜发现的第五颗和第六颗新行星。该技术可能显现在整个银河中与我们太阳系大小相近的其他行星系统。

脑受体可能成为治疗酗酒的标靶

根据一项在小鼠及病人身上开展的新的研究显示(这些小鼠和人最近经历了戒除酒精成瘾的治疗)，一种对大脑产生的部分行为应激反应有抑制作用的药物可能成为一种治疗酗酒的有效方法。尽管诸如Alcoholics Anonymous等心理社会干预取得了成功，但长期酗酒仍然是一个明显的公共卫生方面的问题，因而，研究人员对研发互补性的药物疗法很有兴趣。注意到应激是酗酒复发的一个激发因素，David George及其同事针对是否能够对神经激肽I受体(NK1R)进行药理抑制来减轻与酒精依赖有关的症状进行了探索(NK1R是脑应激反应的一种介质)。在证明了NKIR遗传缺陷的小鼠比对照组小鼠摄入的酒精要少之后，研究人员在一个小型的设有对照组的研究中，对最近接受戒酒治疗的住院病人给予了某种能够拮抗NK1R的药物，并对其效应进行了调查。