本期《自然》《科学》精选

　　

3月4日Nature

封面故事：人肠道微生物的基因目录
人体是大约100万亿微生物细胞的宿主，其中大部分在肠道中，在那里它们对人的生理和营养都有深远影响，而且现在还被认为对人的生命非常关键。肠道微生物帮助人从食物中摄取能量，肠道微生物群落的变化还可能与肠道疾病或肥胖症有关。现在，一个国际合作课题组（该课题组是“人类小肠元基因组学”项目的构成部分，该项目简称为MetaHIT）发表了从丹麦和西班牙124位健康的、超重的和肥胖的成年人以及炎症患者提取的人肠道微生物菌落的一个基因目录。所获数据为了解这一基因组（比人类基因组大150倍）提供了第一手资料，并且表明这些基因大部分是在不同个体之间共享的。根据由这些基因所编码的各种不同功能，研究人员就有可能来确定最小的肠道元基因组和最小的肠道细菌基因组。

酵母的古老基因变异
一种以前人们不知道的基因变异已在有关芽殖酵母（酿酒酵母的一个近亲）的一项研究中被发现。半乳糖（GAL）利用基因网络的关键特征在大多数酵母物种中都保留了下来，但芽殖酵母这个种没有功能性GAL基因，不能将半乳糖作为碳的一个来源来利用。这项新的研究关注从日本分离得到的不能利用半乳糖的芽殖酵母与能够利用这种糖的葡萄牙分离菌种之间的差别。基因组分析显示，日本菌种中有高度退化的、非功能性GAL假基因，而葡萄牙菌种则有功能性GAL基因。这两种不同状态（被称为“均衡的、未关联的基因网络”，简称BuGNP）似乎有一个古老起源，共存于芽殖酵母作为一个种存在的整个历史中。

固氮“藻青菌”UCYN-A基因组完成测序
被称为UCYN-A的迄今尚未培养出的固氮“藻青菌”广泛分布在世界海洋中。元基因组分析表明，它没有为光合机构中产生氧气的光合体系II复合物（该复合物帮助它在日光下固氮）编码的基因，也没有固碳基因。现在，利用大规模并行配对端焦磷酸测序技术，研究人员确定了完整的UCYN-A基因组。原来，它是一种特别简单的生物，缺少很多核心代谢通道，严重依赖于其他生物获取有机碳、甚或有机含氮化合物。虽然该基因组与叶绿体和内共生体在结构上有相似性，但对自然种群所做的实验迄今未能发现与其他微生物的任何共生关系。

早期“西里龙”是食草动物
“西里龙”（恐龙的一个近亲）的一个新属和新种的一个近乎完整的骨架的发现，将三叠纪中期爬行动物化石记录中一些松散环节联系了起来。新发现的种是“鸟颈类主龙”（Ornithodira）已知最早的成员之一，这个鸟类分支还包括恐龙和飞龙，其生活年代可以追溯到两大“祖龙”类别“鸟颈类”和“鳄鱼类”分化后不久。齿系和其他特征表明，“西里龙”并不像人们可能预料的那样是两条腿的食肉动物，而是体型更大的食草动物。但其真正的意义在于年代早，这表明，我们对恐龙和飞龙演化的最早阶段仍然知之甚少。

Hox基因改变与形态多样性
Hox基因在所有动物沿身体轴线的结构分化中都扮演一个中心角色，该基因表达模式的改变与脊椎动物身体构造的多样化并行。对有鳞爬行类（蜥蜴和蛇）Hox基因的组织所做的一项研究表明，Hox基因簇出人意料地积累了可转座的元素，反映了编码和非编码调控区域中广泛的基因组重排。对表现出不同中轴骨架的两个物种（玉米蛇和鞭尾蜥）所做的比较表达分析显示，Hox13 和 Hox10的表达有很大改变，与发育中的蛇胚胎的尾部区域和胸部区域的扩张巧合。因此，Hox基因簇结构和功能的改变可能反映了在这一类群中所观察到的广泛的形态辐射。

线粒体DAMPs与创伤性败血症
线粒体是细菌的内共生后代，在经过数百万年共同演化之后，它们现在所服务的真核细胞对其非常容忍。但在危机关头，它们之间的关系似乎会紧张。用曾遭受严重创伤的患者的血浆样品所做试验表明，线粒体DAMPs（即“与损伤相关的分子模式”简称）因组织损伤而被释放到循环系统中，在那里它们通过特定甲酰肽受体激发嗜中性白血球（或称嗜中性粒细胞）。这会触发系统炎症、组织损伤和明显的败血症。这些与受体相互作用的DAMPs，是针对被称为PAMPs（即“与病原体相关的分子模式”简称）、表达在入侵微生物上、引起细菌性败血症的分子的先天免疫反应的构成部分。这一发现似乎可解释有时即便在没有发生感染的情况下也会发生的与严重创伤相关的明显败血症。

3月5日Science

肠道微生物与肥胖相关性“代谢综合症”有关
据3月5日的《科学》杂志报道说，一项新的小鼠研究提示，我们肠道的微生物以及调控这些微生物的我们免疫系统的分支可能与代谢综合症（这是一组与肥胖症有关的代谢问题，他们会增加一个人罹患糖尿病和心脏病的风险）有部分的关系。 这一研究是建立在最近发现的肠道微生物的组成与肥胖症有关的基础之上的。 这项由Matam Vijay-Kumar及其同僚所开展的新的研究工作提示，先天免疫系统（即保护身体不受微生物病原体的侵害）可能是肠道微生物系与代谢作用之间的桥梁。

文章的作者发现，缺乏先天性免疫系统中的某种重要成分（一种叫做TLR5 的蛋白质）的小鼠会产生代谢综合症的标志性特征，如伴有肠道微生物系变化的脂肪积聚的增加及胰岛素抵抗。这些突变的小鼠还会比它们的对应正常小鼠进食更多的食物。将突变小鼠的肠道内微生物转移到无菌小鼠（即那些除了肠道缺乏微生物之外，其它方面都正常的小鼠）的肠道之中会使接受这些微生物的小鼠出现代谢综合症的几种特征，从而提示，肠道微生物系的变化可能是代谢综合症的一个原因而不是其后果。文章的作者还对取自突变小鼠肠道微生物的遗传物质进行了测序，并用该资讯找到了一组特别种类的细菌，其数量已经多得失去了平衡。研究人员提出，先天免疫系统的缺陷可能会引起诱发轻度炎症信号通路的肠道微生物系的变化，而这又会转而影响胰岛素受体的信号通路，使得食欲和食物摄取增加，这些最终会促使其它方面的代谢综合症的发生。

 

贻贝的肌肉为何如此强有力
    
 
据3月5日的《科学》杂志报道说，研究人员通过对海洋贻贝进行显微镜观察后发现，使这些软体动物坚固附着在岩石海岸上的强力细丝之中含有一种充满金属离子的蛋白质外层被盖，使得这些细丝同时具有超高的硬度和延展性。 将来，人们对这种由金属离子所结合在一起的生物性富含蛋白质的脚手架的理解也许还可帮助科学家对工业材料的某些合意的性质（如增加强度、自我修复及附着性等性质）进行微调。 Matthew Harrington及其同僚用Raman显微镜对贻贝的足丝（通常被称为“胡须”）进行了研究并发现，它们的外表皮中富含一种叫做dopa（多巴）的特别氨基酸，而dopa是一种强劲的粘合剂。 他们还发现，该外表皮中的铁离子特别多。 按照这些发现，研究人员建立了一个反映这种生物脚手架的模型，并描述了其不同寻常的集束性分布。而dopa和铁的致密交叉耦合使得足丝具有其硬度，而交叉耦合较少的地区则使足丝具有其延展性。

造成恐龙消亡的撞击理论有强说服力   
 
  
据3月5日的《科学》杂志报道说，对大约6500万年前有关引起恐龙和许多其它生物消亡的物种大灭绝的原因所提出的多种相互对立的理论证据进行考察之后，一个国际性的科学家团队得出结论：一个单一的小行星对如今墨西哥Chicxulub地区的撞击触发了物种灭绝的事件。 发生在白垩系-下第三系的物种灭绝是地球历史上最大的物种灭绝事件之一，人们已经在世界各地的这一时期的岩石层中发现了撞击的地质学证据。 尽管该撞击事件被人们广泛接受是引起物种大灭绝的原因，但持不同观点者一直不同意这一理论。比如，他们说，Gulf of Mexico的微体化石显示，该撞击事件的发生时间比物种灭绝的时间要早很多，因此不会是造成物种灭绝的主要原因。 在那个时期造成Deccan traps of India（印度德干地盾）的巨大规模的火山爆发也被人们提出是造成物种灭绝的主要原因。 在一篇Review中，Peter Schulte和一个来自世界各地的研究人员队伍将各种支持撞击假说的地质学证据进行了综合。 他们显示，这样的一次撞击会即刻引起灾难性的冲击波、一个大型的热脉冲和世界各地的海啸。 此外，撞击所释放出的大量尘土、碎片和气体会导致地球表面的长时期的冷却，光线度的低下及海洋的酸化也会令可行光合作用的植物和依赖光和作用的物种大批死亡。