《Nature》本月最受关注的十篇论文

　　

生物通综合：英国著名杂志《Nature》周刊是世界上最早的国际性科技期刊，自从1869年创刊以来，始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破。其办刊宗旨是“将科学发现的重要结果介绍给公众，让公众尽早知道全世界自然知识的每一分支中取得的所有进展”。近期《Nature》下载论文最多的十篇文章（2009年09月23日～2009年10月21日）：

演化路上开弓没有回头箭

演化是否会仅仅通过逆转功能的选择压力而回到某种先祖结构是一个长期未能解决的问题，但也是一个仅靠形态史难以解决的问题。现在，Bridgeman等人以物理方式重构了一种调控蛋白（糖(肾上腺)皮质激素受体），并且以原子分辨率解析了施加在它们功能演化上的结构限制条件（即它们与哪个荷尔蒙结合）。他们发现，一种先祖蛋白中必不可少的氨基酸在一种较新的蛋白中却变成了中性，在那里它们随后会受到“遗传漂变”的侵蚀。（它们的）这种丢失使自然选择丧失了逆转历史替换所需的必要原材料——它们不再像其过去在另一个方向上那样具有“适应性”。从演化上来讲，走回头路是不可能的。


封面故事：印度“种姓”的古老历史和遗传渊源

对来自印度25个不同族群的132人的基因变异所做分析显示，两个古老的遗传趋异族群是今天大多数印度人的祖先。其中一个被称为“印度北部先民”的分支在遗传上接近中东人、中亚人和欧洲人。另一个被称为“印度南部先民”的分支与该次大陆以外的任何族群都不相近。这项工作为几个长期未能回答的问题提供了答案。看来，“种姓”数千年来一直是决定印度婚姻关系的一个强大力量，而一些人类学家过去曾认为“种姓”目前所具有的力量是英国殖民主义的一个产物。而且，神秘的安达曼群岛“矮小黑人”也被发现是从“印度南部先民”族群分离出来的一个古老分支。族群间等位基因频率差异很大，部分原因是族群内存在通婚习俗，所以印度有大量隐性疾病可通过基因方法来甄别和分析。本期封面所示为本项研究中取样族群所在地点及每个族群的一个成员。



独自能从人神经干细胞产生iPS细胞

今年早些时候，Hans Schöler的小组报告，仅一个转录因子OCT4就足以使小鼠成年神经干细胞重新编程，成为多能细胞，使它们能够在合适的条件下生成几乎任何一种类型的细胞。这是对该过程的一个非常大的简化——OCT4仅仅是在早期（2006/7年）关于产生诱导多能干细胞（iPS细胞）的经典研究工作中所用的四个因子之一。现在，Schöler及其同事发现，OCT4独自还能从人神经干细胞产生iPS细胞。


新类型厄尔尼诺现象出现比例将增加

最近几十年，出现了一种截然不同的厄尔尼诺类型。“正常”厄尔尼诺，是与东太平洋异常变暖以及其他地方所发生的从洪涝到干旱在内的各种不同气候变化相关的气候事件。另一种类型的厄尔尼诺，有时称之为“厄尔尼诺Modoki”（ Modoki在日语中意思是“相似但不同的”）。在这种厄尔尼诺现象中，暖池向西移动，其东侧和西侧为较冷的海水。Sang-Wook Yeh及其同事，利用将人为造成的温室气体变化考虑在内的一系列气候模型发现，这种新类型厄尔尼诺现象的出现比例，预计在21世纪末期会增加高达5倍。



共培养细胞之间存在易感性差异的深层原因


对药物治疗或病毒感染的易感性从一个细胞到另一个细胞会有所不同，即便是在放在一起培养的一组基因完全相同的细胞中也是如此。这种异质性在很大程度上一直被归因于内在噪音，如基因表达的变化或信号分子水平的波动。现在，Snijder等人对大量共培养细胞进行了定量分析，并在细胞基本特点（如膜脂组成、或被一些而非另一些病毒感染的可感染性）与一个细胞的种群环境（例如，它们是处在一个粘附细胞岛的中心还是周边）之间发现了决定性的联系。这项工作中采用的评估细胞群的计算机辅助方法也许还可用于药物筛选。


活性氧在一些组织中可能有好的一面


虽然人们研究活性氧（ROS）主要是由于它们在DNA损伤、蛋白/类脂氧化和细胞凋亡中的有害作用，但人们也不断认识到ROS在一些组织中可能有有益作用。在哺乳动物造血系统中，造血干细胞含有低浓度ROS，但出乎意料的是，“共同髓系祖细胞”（ CMP）产生浓度相当高的ROS。Edward Owusu-Ansah和Utpal Banerjee在果蝇的两个先祖细胞类型中，发现了ROS含量的这种差别在功能上的明显重要性。他们发现，先祖细胞中由发育调控的、比较高的ROS含量使它们对分化比较敏感，并且确立了ROS在调控造血干细胞命运中所起的信号作用。


量子混沌体系的实验模拟


混沌在从简单到复杂的体系中都会存在。它存在于原子能级、电子转移、化学反应、神经网络、人口动态、天气系统以及行星运动中。事实上它几乎在任何地方都存在，但混沌从根本上来讲似乎与量子力学是相矛盾的，而且物理学家也早就在寻找经典混沌的量子特征。现在，研究人员通过实验实现了量子混沌模拟工作者所需要的一个预备状态，即“Kicked Top ”，它提供了一个原子体系，该体系可被用来研究量子混沌，观测在经典世界有相应混沌体系的量子相空间动态。该体系围绕超冷铯原子建立，这些原子受到一个磁力作用（这种作用像被踢了一脚），该作用破坏了它们的电子和核自旋。这个体系有混沌特征，其中包括对扰动敏感、有动态纠缠的证据等。


白矮星PG 1159–035角动量几乎全部失去

大多数恒星以白矮星的形式结束它们的恒星生命。如果所有恒星在其演化过程中都保持其角动量，那么白矮星的致密性应使其转动极快，周期只有几秒钟。然而，对白矮星所做观测表明，它们的表层转动要慢一些，典型周期在几小时和几十年之间。以前，人们一直没有可能确定它们在光球的表层之下是否自转得更快一些。现在，用星震学方法所做的一项研究显示，脉动白矮星PG 1159–035作为一个固态天体在转动，周期相对较长，大约为33-34小时。这说明它的角动量几乎已经全部失去，很可能发生在白矮星阶段之前。


核糖核酸酶XRN-2对微RNA的作用


在发育过程中，一类被称为“微RNA”的小型RNA在决定基因表达谱中扮演重要角色，它们是通过与某些信使RNA结合、抑制这些信使RNA的翻译或使其沉默的方式发挥作用的。人们认为，微RNA是造成单细胞生物演化成多细胞生物的一个因素。Saibal Chatterjee 和 Helge Großhans报告说，在微RNA作用于一个目标信使RNA之上、并从沉默复合物中释放出来之后，核糖核酸酶XRN-2促进它们的降解。XRN-2以这种方式来起微RNA含量的一种体内平衡调控因子的作用，这个作用在对新的发育提示信号做出反应当中可能具有重要性。


全新世碳周期的最新重建结果


通过对“EPICA Dome C”南极冰心中束缚的空气所做测量获得的一个新的大气δ13C记录，与一个简单的碳模型相结合，为全新世（当前的间冰期，开始于距今约11,000年前）碳周期提供了一幅高分辨率画面。以前的重建工作曾显示大气CO2浓度有显著变化，但造成这些变化的原因却不清楚。新的数据表明，全新世早期大气CO2浓度下降5 p.p.m.v.，是由陆地生物圈吸收约2900亿吨碳、以及为响应陆地碳吸收的碳酸盐补偿作用所发生的海洋中碳的释放共同造成的。在全新世晚期大气CO2浓度增加20 p.p.m.v.，大部分可由早先陆地生物圈碳酸盐补偿及珊瑚礁形成来解释，少部分可由陆地生物圈碳库存少量减少来解释。