本期《自然》《科学》精选

　　

8月13日Nature

封面故事： 柏拉图多面体和阿基米德多面体的最紧密堆积

基于致密颗粒堆积几何知识的模型，可帮助解释很多体系的结构，包括液体、玻璃、晶体、颗粒和生物体系。这一领域以前的研究工作大部分集中在球状颗粒上，但即使对这种理想化的形状，这个问题仍然极为困难——Kepler关于球体最紧密堆积的猜想直到2005年才得到证明。人们对18个经典几何形状——柏拉图多面体和阿基米德多面体（如本期封面所示）——的最紧密排列知之甚少，虽然它们自古希腊时代以来就为人们所知了。现在，Salvatore Torquato 和 Yang Jiao报告了5种柏拉图多面体（四面体、立方体、八面体、十二面体和二十面体）和13种阿基米德多面体的已知最紧密排列。这些多面体的对称性在决定它们基本堆积排列中非常关键，具有中心对称性的柏拉图多面体和阿基米德多面体的最紧密堆积被猜想由它们相应的最紧密（布拉菲）晶格堆积给出。

早期进行体内受精的盾皮鱼

盾皮鱼是一大类原始有甲鱼类。虽然完全灭绝，但它们神秘的解剖体系有可能含有关于有颌类脊椎动物、包括我们人类自己演化历史的线索。一个新的化石发现，澄清了关于Incisoscutum的生殖机制的问题。Incisoscutum作为节颈鱼家族（一个大而重要的盾皮鱼类别）的一个成员尤为研究人员所感兴趣。研究人员最近发现了一只成年Incisoscutum ritcchiei雌性个体的一个保存完好的化石，它含有胚胎，这是体内受精的证据。而新发现的化石是该物种的一个雄性个体，长有阴茎一样的交脚器，与化石褶齿鱼（一类未披甲的盾皮鱼）和鲨鱼中所见的相似。

酵母的同性交配
病原体酵母“白念珠菌”过去曾被认为是严格无性生殖的，但现在人们知道，这种生物有一个秘密交配循环。交配通常涉及a-细胞类型和alpha-细胞类型的融合，与相关酵母“酿酒酵母”中所见的类似。现在，另外一种新颖的有性生殖模式已在“白念珠菌”中被发现：在特定情况下，即在没有为一种分泌出的蛋白酶编码的BAR1基因存在的情况下，高效同性交配可在a-型细胞之间进行。“白念珠菌”的同性交配与相关真菌病原体“新型隐球菌”的同性交配之间的相似性提出一个可能性：这种类型的“同宗配合”也许可帮助这些物种在哺乳动物宿主体内更加具有适应性。

肿瘤抑制因子的功能获得性突变
正常人类细胞含有来自双亲中每一方的全套染色体，但在某些癌症中，部分特定染色体的两个版本都来自同一亲代——该现象被称为“获得性单亲二体”。对来自从患有髓样肿瘤的患者取来的超过200份骨髓样本的基因组DNA所做研究，发现11号染色体的一部分的两个版本都遗传自单亲的发生率较高，该部分含有肿瘤抑制因子C-CBL的一个功能获得性突变，它使成纤维细胞发生癌变，使造血干细胞对细胞因子刺激更敏感。这些数据支持这样一个观点：c-Cbl是一个肿瘤抑制基因，癌症中所发生的突变能够以功能获得性方式发挥作用，正如以前对肿瘤抑制基因p53所发现的那样。

Lin28在原始生殖细胞发育中的作用
对30个候选基因所做的一个RNA干涉筛选，识别出Lin28（let-7 microRNA处理的一个负调控因子）为原始生殖细胞发育（这是发育中的胚胎内所发生的一个过程，它选择注定要产生精子和卵子的细胞）的一个潜在关键调控因子。另外，Lin28水平在原发性人类生殖细胞肿瘤中升高，说明它也许也与生殖细胞恶性肿瘤有关。

干细胞中的染色质开放性
在从扁形虫到哺乳动物在内的很多干细胞中，染色质大部分没有异染色质，所以对转录调控因子来说它们是完全开放的。现在，对小鼠胚胎细胞中的新颖调控因子所做的一项RNA干涉筛选工作表明，染色质重构因子Chd1是维持染色质开放性和胚胎细胞多能性所必需的，也是体细胞重新编程为多能细胞所必需的。这是关于染色质开放性及多能性之间存在一个因果关系的直接证据。Chd1在生殖细胞和成年干细胞中都高度表达，因而我们看到这样一个可能性：染色质开放性与干细胞分化潜力之间的关系是一个普遍现象。

MRE11在端粒上的两个作用
线性真核染色体的末端由被称为端粒的序列所覆盖。虽然这些地方是一次DNA双链断裂（这种断裂是一种病灶，必须予以修复，才能维持基因组的完整性）的一半，但端粒通常并不激发DNA损伤修复通道。端粒维护过程中一个主要角色是MRN复合物，它由三个蛋白（MRE11、RAD50 和NBS1）组成。现在，用要么使整个MRN复合物失去活性、要么仅仅使MRE1的核酸酶失去活性的等位基因对小鼠所做的一项研究表明，MRE11在端粒上有两个作用。它通过促进一个悬垂的DNA端的形成来保护新合成的端粒端不受修复因子影响；而当端粒不能正常发挥功能时，它使这种悬垂结构降级，以促进融合修复。

8月14日Science

珠母层如何获得珍珠光彩
  
  
据8月14日的《科学》杂志报道说，一个日本的研究团队找到了2种在生长中的牡蛎壳中功能像交通警察一样的蛋白质：它们会指挥碳酸钙结晶以一种能够使其贝壳发出珍珠般光泽的方式进行排列。 这种在牡蛎壳内的发出虹彩的“真珠质”在结构上与可在贝壳内生长的珍珠是相同的，它是由多层的全部以相同导向的霰石结晶所组成的。 而且，这些霰石结晶层被由蛋白质和其它有机分子组成的基质层所隔开。 在此之前，科学家们对真珠质层是如何形成的所知甚少。 Michio Suzuki及其同僚应用酸处理的方式将霰石矿物质从日本珍珠牡蛎Pinctada fucata 的有机基质中清除。 接着，在从该基质中提取了不同的蛋白质之后，他们确认，只有一种叫做Pif80的蛋白质会与合成的霰石结合，而不是与其它类型的碳酸钙晶体结合。 当研究人员对编码Pif80的基因进行研究的时候，他们发现，该基因实际上所编码的是一种前体蛋白。该前体蛋白会裂解成Pif80 与 Pif97 两种蛋白。 这些科学家报告说，缺乏这2种蛋白质的牡蛎会完全丧失形成真珠质的珍珠状层。 他们提出，这些蛋白可能会形成一种复合体，在此复合体中，Pif80会与霰石结合，而Pif97会与基质中的其它分子结合，从而对这种极端坚韧且美丽的物质进行调控。一则相关的Perspective对这些发现进行了讨论。

通过模仿所建立的友谊
  
  
如果我们认为模仿是恭维的最高形式的话，那么，某些种类的猴子看来也有相同的感受。据8月14日的《科学》杂志报道说，僧帽猴（Capuchin monkeys）常常以友谊来报答对其的模仿。 在对僧帽猴（这是一种十分友善的猴子）所作的一系列社会试验中，研究人员发现，僧帽猴更喜欢那些会即刻模仿它们行为的那些人，而不是那些有相似行为但不是进行即刻模仿的人。 Annika Paukner及其同僚发现，与对那些不直接模仿猴子行为的人所作出的反应进行比较，这些猴子会更长时间地观看模仿它们行为的人、花更多的时间接近这些人，并会和这些人更经常地以代币交换食物的方式进行互动。 通过一系列的追踪实验，这些研究人员还证实， 实际上是因为人类的模仿动作赢得了僧帽猴的钟情，而非只是因为熟悉度或是猴子所感知的对其的关注性的增加所致。 由于模仿长期以来就与人群中的合作行为有关联，而且由于模仿提供了一种与其他人进行联系以及交流相似性或亲和力的方式，因此，这一在非人类灵长类中所发现的模仿与友善社会行为之间的关联性表明，模仿可能是所有灵长类中的多产性社会行为的基础机制。 在一篇Perspective中，Josep Call 及Malinda Carpenter更为详尽地解释了这一发现。

远古工具制造者对火的掌控
  
 
 
据8月14日的《科学》杂志报道说，早期人类大约在出现开始制作象征性标记、珠宝及其它“现代”人行为的迹象的时候，他们已经在用火来改善其石制工具了。 不同来源的证据表明，人类是在大约7万5000年前在非洲开始使用更为先进的材料并发展出了象征性的行为。 Kyle Brown及其同僚现在显示，人类大约在此时也开始系统地应用火来改进可获得的原材料，并提高了石质工具制造的质量和效率。 文章的作者在南非的考古学遗址处搜集了由硅结砾岩所制成的工具残剩物。他们应用几种不同的技术显示，这些岩石因为加热而被人为地转变了。 这些结果提示，这一加热处理的过程发生在早至16万4000年前，并在大约7万2000年前的制作硅结砾岩工具的时候成为流行的作法。 文章的作者推测，热加工技术可能“显示了一种复杂的认识力”，并可能在烹调和取暖等火的简单使用与最终的陶器和金属的生产之间提供了一种链接。 在一则相关的Perspective中，John Webb 和 Marian Domanski解释了为什么加热能够改进该种岩石的剥落成片的特性。

 

为什么有些人只需较少的午夜前酣睡
据8月14日的《科学》杂志报道说，一项新的研究表明，有些人的基因使得他们能够比其他人少睡觉。 研究人员已经发现了一种基因突变，该突变看来至少有一部分可解释为什么携带这种突变基因的人的睡眠时间可比通常需要的8小时要少几个小时。 为了避免人们用这些发现作为沉湎于深夜电视节目习惯的借口，一则相关的Perspective指出，该基因突变本身可能非常罕见。 但是，该项研究确实为睡眠对人体健康的效应研究提供了新的线索。 Ying He及其同僚对一个大家庭进行了调查。在该大家庭中，一位母亲和一个女儿经常性地每晚平均只睡大约6个小时。 在对不同的候选基因进行测序之后，他们发现，DEC2 基因的一个变异体是该母女所共有的，但她们的亲属则没有该基因变异体。 该基因是一个转录抑制因子，这意味着它会阻断其它某些基因的表达，而它已经被认为会参与生理节奏的调节。 研究人员接着比较了携带该突变基因的小鼠以及正常小鼠的睡眠周期和脑部活动。 携带该突变基因的小鼠不但睡得较少，有更经常的警醒时段，而且它们还在经历了一段时间的睡眠剥夺之后，其恢复所需的时间也较少。 在果蝇中的相关的基因突变也导致了睡眠相的缩短。 文章的作者说，这些基因突变的动物可给人类睡眠的研究提供一个有用的新的模型。