本期《自然》《科学》精选

　　

2月25日Nature

封面故事：400万年前的飓风活动
早上新世（距今500万至300万年前）是一个在地质史上被认为与当今全球变暖最接近的时期。古气候数据表明，那个时期与厄尔尼诺相似的气候状况持续不断，整个热带太平洋海洋表面温度近乎恒定。Alexey Fedorov及其同事利用一个飓风模型和一个耦合气候模型发现，那个时期飓风在中太平洋可能经常出现（今天那里几乎没有飓风），而这种飓风活动可能增强了东赤道太平洋的变暖（将变暖程度增加3°C），从而进一步增加了飓风的频率。这些结果反映在了本期Nature封面上：较大的球体所示为模拟出的距今400万年前的一个反映飓风轨迹的年份（按强度着色），海洋表面是按温度着色的，温度数值来自一个将由模拟出的飓风所造成的海水混合现象包括在内的全球气候模型；较小的球体所示为反映模拟出的现代飓风轨迹的一个年份，其中的海洋表面温度来自一个没有将由飓风造成的海水混合现象包括在内的气候模型。

节肢动物的复杂世界
节肢动物在演化上的相互关系是一个长期存在争议的问题。一项根据对来自75个物种（包括每个主要节肢动物分支的代表物种）的超过41,000个DNA碱基对所做分析的新的系统发生学研究，将有助于在这个问题上形成共识。该研究所获数据支持这样的观点：昆虫是陆生甲壳动物；甲壳动物是一个多样化类群，至少包括三个截然不同的节肢动物类型；多足动物（“千足虫”和蜈蚣）是这一“泛甲壳动物”类群的亲缘关系最近者。

分化细胞直接形成功能性神经元
研究发现，成纤维细胞等分化细胞可被重新编程而具有多能性，产生iPS细胞（即诱导多能干细胞）。该发现引起人们很大兴趣，因为它们有潜在治疗用途。现在，Vierbuchen等人发现，利用与用来产生iPS细胞的转录因子截然不同的转录因子的一个鸡尾酒组合，可以对成熟的分化细胞进行引导，在试管中形成功能性神经元，而不需将成纤维细胞逆转到某种胚胎状态。仅仅三个因子，即Ascl1、 Brn2 (Pou3f2) 和Myt1l，就足以将小鼠胚胎成纤维细胞和出生后成纤维细胞转化成功能性神经元。

AID 蛋白与多能性
从分化细胞生成iPS细胞（即诱导多能干细胞）仍是一个缓慢、低效的过程，其中DNA甲基化是一个瓶颈。Bhutani等人报告了一个基于异核体的体系的成功开发，它是将小鼠胚胎干细胞和人类成纤维细胞融合起来，在其中重新编程过程既快速（只需几天而不是几星期）又高效。在该体系中利用由siRNA调控的剔除方法，他们发现，AID 蛋白（AID是activation-induced cytidine deaminase的简称，该蛋白以其在产生抗体多样性中所起作用而知名）是活性DNA去甲基化的启动及以多能性为方向的核重新编程所必需的。

神经鞘脂类与哮喘的发病
神经鞘脂类和它们的生物合成中间体如神经酰胺和神经鞘氨醇，参与重要细胞过程，包括细胞生长、膜运输和炎症等。在最近的遗传研究中，ORMDL3基因附近的突变被与儿童哮喘联系了起来。现在，用酵母细胞所进行的一项功能性基因组研究表明，Orm蛋白在神经鞘脂类体内平衡中发挥功能，这一控制方式的改变导致神经鞘脂类生成的误调节以及有毒代谢物的积累。这表明，神经鞘脂类的误调节可能直接有助于哮喘的发生。

细菌细胞的分工合作
一些微生物能够通过所谓的细菌“纳米线”或“电子梭”进行细胞外电子输送。现在研究发现，在海洋沉积物中这可能是一个重要过程，使氧能够氧化几厘米之外的化合物。死亡藻类残留物和埋在海洋沉积物中的粪便是微生物的一个很好的食物来源，但在沉积物中超过几毫米的深度处，氧的缺乏限制了这一资源的利用。对来自丹麦奥尔胡斯附近海床的沉积物样品所做的一项研究显示，微生物能通过建立细胞间的电连接及进行分工来克服这一障碍。处在表面的细胞能为群落中的所有细胞来利用充足的氧，而在深处的细胞则会为所有细胞获取营养物。

微RNA最初形成时所起作用
最近的研究工作表明，微RNA（普遍存在的小型非编码遗传元素，具有重要调控作用）在多细胞动物复杂性的演化中起重要作用。那么当这些微RNA最初形成时其作用是什么呢？对海生沙蚕（岩虫）（Platynereis dumerilii）所做的一项深度测序研究及与其他两侧对称动物所做比较表明，已知最古老的微RNA（即miR-100）最初在口腔周围的神经分泌细胞中是活跃的。其他高度保守的微RNA最初存在于特定组织和器官系统中，如纤毛细胞、神经系统的部分地方、肌肉组织和肠道。这项工作表明，两侧对称动物的最后共同祖先已经具有所有这些结构了。

“人之初性本善”的神经科学依据
根据实验及实践证据，社会学家普遍假设：人类行为有利于“公平”结果，将不平等保持到最低程度，因为经验表明，长此以往所有的人都会从中受益。现在，研究人员对男性志愿者进行了一项新颖的角色扮演实验，并在实验过程中用功能性磁共振成像方法对他们的大脑活动进行跟踪。该实验为这种“反不平等”社会偏好的神经基础提供了证据。实验开始时，研究人员让一对实验对象中的一个人变富，即让他接受一大笔钱；而另一个人什么都不给，仍然保持贫穷。对“富”的实验对象来说，其纹状体和前额皮质中的神经反应在另一个实验对象得到更多钱时更强烈；对“穷”的实验对象来说，其脑中同一区域的神经反应当他们自己得到钱时更强烈。这表明，大脑的奖励回路对于分配不均是敏感的，并且在根据环境情况被主动地调节。

2月26日Science

某种分子的移动可能令心跳停止
据2月26日的《科学》杂志报道说， 心肌细胞被一种叫做β1- 和 β2-肾上腺素能受体 (βARs)的专门化的信号分子所覆盖，这些受体的活动对心脏功能来说是极为重要的。但新的研究显示，这些受体中的某一种的空间分布的变化也许会促成心力衰竭。 这一发现是由Viacheslav Nikolaev及其同僚将高倍显微镜与活细胞扫描离子电导显微镜相结合来研究大鼠与小鼠的心肌细胞时所作出的。 他们发现，在健康的心肌细胞中，β2ARs局限在被称作横小管的缝隙之中，因此，它们是在细胞的某些局部地区产生信号产物cAMP的。 然而，在那些罹患心力衰竭的老鼠细胞中，人们发现其β2ARs分布在整个细胞的表面，因而会产生出弥散的cAMP信号。 研究人员提示，β2ARs所产生的cAMP信号的空间分布可能在心力衰竭上扮演着一个重要的角色。他们的发现也许会在将来使人们更好地了解心脏病。

神经元移植重新打开了可塑性之窗
  
据2月26日的《科学》杂志报道说，将胚胎神经元移植到幼年小鼠的脑中可导致一个新的“关键期”的开始，在此关键期中，脑子重新恢复了其对传入的感觉性资讯的变化进行调节的不同寻常的能力。 被人最深入研究的脑的可塑性的形式之一是视觉系统。 在出生之后不久的一个特别的时期内，如果某只眼睛被一直捂盖着的话，脑的视觉皮层能够进行重新连接。那些从前专门负责接受来自被捂盖眼睛的信息的神经元将会改由那只有功用的眼睛来控制。 Derek Southwell及其同僚将未充分发育的神经元（来自出生前不久的神经元）植入到年龄略大的新生小鼠的脑中。 随着该小鼠的发育，它们的视觉皮层经历了正常的关键期。 然而，那些移植的细胞接着在某一较后的时间开始了一个新的关键期，且该关键期与植入的年龄不一致的神经元的关键期相一致。 这些植入的神经元是抑制性的神经元，这意味着它们会抑制有关的信号，而非放大这些信号。 研究人员提出，抑制性神经元的植入也许可为人们提供一种修复受损脑回路的方法。

将作物废料转变为燃料的一个途径
  
 
据2月26日的《科学》杂志报道说，一项新的研究显示了农业废料的一种副产品是如何能够被转化为也许对汽车或喷气飞机有用的燃料的，而其所产生的二氧化碳是一种非常适合于在地下掩埋或是其它可被截留的形式。 所谓的“纤维质生物燃料”来自木头、草或植物的不能吃的部分，它们是另类燃料的重要来源，因为它们无需转变现有的农田或自然环境来生长玉米或其它的主要目的是为了生产生物燃料的作物。 据Jesse Bond及其同僚披露，γ-戊内酯是一种来自于纤维质碳水化合物的化合物。人们可能以低成本且具商业性的规模来生产它。 这些研究人员如今显示，在高压环境下，二氧化碳可通过催化被有效地从γ-戊内酯上切离，其剩下的部分是一种丁烯混合物。 在一个第二阶段的反应器中，这些丁烯化合物可被串联在一起并形成分子量较重的类似于那些在汽车和喷气飞机燃料中所见的碳氢化合物。 这种加工就像其它的产生生物燃料的过程一样确实会产生二氧化碳，但在Bond等人的方法中，二氧化碳存在于一个相对较纯且加压的气流中。 这种形式的二氧化碳气体可（例如，比通过烧煤而产生的二氧化碳）更有效地被掩埋在一个储库之中，因为烧煤所产生的二氧化碳混有许多氮气，因此会占据更多的空间。