Science杂志最受关注的文章（8月）

　　生物通报道：美国的《Science》杂志由爱迪生投资创办，是国际上著名的自然科学综合类学术期刊，与英国的《Nature》杂志被誉为世界上两大自然科学顶级杂志。Science杂志主要发表原始性科学成果、新闻和评论，许多世界上重要的科学报道都是首先出现在Science杂志上的，比如艾滋病与人类免疫缺陷病毒之间的关系，标志性基因组研究成果等。Science杂志近期下载量最多的文章包括：

A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface
2014年8月8日，8:00:00 | Paul A. Merolla, John V. Arthur, Rodrigo Alvarez-Icaza, Andrew S. Cassidy, Jun Sawada, Filipp Akopyan, Bryan L. Jackson, Nabil Imam, Chen Guo, Yutaka Nakamura, Bernard Brezzo, Ivan Vo, Steven K. Esser, Rathinakumar Appuswamy, Brian Taba, Arnon Amir, Myron D. Flickner, William P. Risk, Rajit Manohar, Dharmendra S. Modha

研究人员设计了一种可实时从事复杂任务且同时耗能很少的具有脑样接线与架构的电脑芯片。该芯片为适用于传统电脑芯片无法良好完成的任务的电脑装置设计做好了准备。人脑可从事复杂的操作并同时耗能很少且占据很少空间。这启发了工程师们朝着认知计算新时代进行努力，在该计算中，小型、节能的芯片可完成相同的工作，这是科学家们几十年来的梦想。然而如今这样的电脑并不存在，其部分原因是因为经典的数字电脑构架——由John von Neumann及其同事首次提出——的功效有限，尤其是与脑子所能做到的相互连接的神经网络相比较时。

现在，为了向受到脑启发的计算更接近一步，Paul Merolla等人建造了一个基于某不同构造的芯片。他们的工作受到了一个常用神经网络——脉冲神经网络——的启发；它并非以固定间隔放电，在这一组态中的人工神经元只会在某电负荷达到一个特定值时才会放电。该放电转而会影响其它神经元上的电荷--就像是在真的脑中所发生的情况。研究人员的基本构件是一个由256条输入线（“轴突”）及256条输出线（“神经元”）组成的核心。他们将4000多个这样的核心进行连接并将它们落实到一个被称作“TrueNorth”的数字电脑芯片上，它有超过2亿5600万个交换电信号的“突触”。该芯片完成了一个复杂的图像检测测试，在该测试中，它必须从背景中挑出像人或自行车等物体。研究人员的这一设计不仅能效高，而且还可缩放； TrueNorth可像瓦片覆盖样地来构建具有成千上万个核心、数亿个神经元及数千亿个突触的系统。Merolla等人设想将他们的芯片与传统电脑构架结合，这样两者可从事互补性的工作。DARPA为这项工作提供了资金。

Digit patterning is controlled by a Bmp-Sox9-Wnt Turing network modulated by morphogen gradients
2014年8月1日，8:00:00 | J. Raspopovic, L. Marcon, L. Russo, J. Sharpe

日前，James Sharpe教授领导研究团队证实，手指和脚趾的形成符合图灵模型。

研究人员筛查了大量基因的表达，发现有两个信号通路符合图灵系统的要求，BMP和WNT。这两个信号通路由一个非扩散性分子关联起来，转录因子Sox9。研究人员通过数学建模预测了干扰这两个通路对指头形成的影响，并在实验中进行了验证。这项研究不仅揭示了指头的发育机制，还有着更为深远的意义。

要开发有效的再生医学策略，就必须正确理解细胞的组织形式，在此基础上人们甚至能够制造出替代性的组织和器官。

细胞究竟是如何自我排列形成正确的3D结构（例如肾脏、心脏和其他器官），这个问题一直存在着争议。Lewis Wolpert提出的传统观点认为，细胞会根据自己收到的“坐标”信息来确定自己的位置。而这项研究对此提出了挑战，研究人员认为，局部细胞的自我组织在器官发生时可能更加重要。

与其他模型相比，图灵系统在数量调控上的精确度要稍微低一点。正因如此，多指(趾)畸形在人类中是一种比较常见的出生缺陷。

从表面上看，胚胎发育问题似乎与图灵的数学专长没什么关系。然而从某种意义上说，他找到了生命自我构建背后的数学法则。

Sustained miniaturization and anatomical innovation in the dinosaurian ancestors of birds
2014年8月1日，8:00:00 | Michael S. Y. Lee, Andrea Cau, Darren Naish, Gareth J. Dyke

数项先前的研究凸显了所产生的恐龙至鸟类过渡的大规模体型转变，其中包括体型巨大、生活在陆地上的兽脚类恐龙(即那些与始祖鸟有关的恐龙)演化成为小型、敏捷的鸟类。

尽管如此，有关这一过程的方方面面的问题仍然存在。某些研究者提出了兽脚类恐龙持续地缩小其体型——而不只是快速发生的演进改变——扮演着某种角色，但Michael S. Y. Lee等人认为，这些研究所用的方法可能会因为或是通过聚焦于兽脚类恐龙谱系树的快速演进分支或是通过只对若干骨骼特征变化速度进行评估而损害其准确性。

现在，应用先进的统计技术及一个来自120个得到良好记录的兽脚类恐龙和早期鸟类品种所编码的1500多个解剖特征的前所未有的数据集，Lee等人对整个兽脚类恐龙的体型改变和解剖学演化速度进行了推断。与过去的研究不同，Lee等人所用过的贝叶斯方法对兽脚类恐龙谱系的所有分支及整个恐龙体的特征进行了采样。他们的方法揭示了兽脚类恐龙的体型缩减了12次，从最初的163公斤的平均重量下降至始祖鸟的0.8公斤;始祖鸟是已知最早的鸟。

研究人员说，维持如此长期的趋势需要小型化过程--该过程可缩短发育并因而带来发育改变--能够持续。他们说，长时间持续的小型化是恐龙向鸟类转变的两个关键性驱动因子之一;在始祖鸟在地球上行走之前的5000万年前开始的小型化能让鸟类的特异性特征——如较短的口鼻部、较小的牙齿及有隔绝功能的羽毛——发育。第二个驱动因子是沿着作为鸟类祖先的兽脚类恐龙演化线的新骨骼适应的非常快速的演化，这些适应演化速度比在其它恐龙中的演化速度快4倍。Lee等人提出，并非一种鸟类特异性特征驱动了其余特征的演化，而是这些特征相互之间都有影响。一则《视角》文章提出了更多的见解。

Decreased motivation during chronic pain requires long-term depression in the nucleus accumbens
2014年8月1日，8:00:00 | Neil Schwartz, Paul Temkin, Sandra Jurado, Byung Kook Lim, Boris D. Heifets, Jai S. Polepalli, Robert C. Malenka

据Neil Schwartz及其同事的一项新的研究披露，慢性疼痛会引起脑的某个区域发生变化从而导致在小鼠中的动力的下降。慢性疼痛会在一种叫做甘丙肽的神经肽的帮助下让伏隔核中的神经元的连接改变，从而导致动力不足的行为。但是，研究人员还注意到，该影响可通过阻断甘丙肽的作用而被逆转。临床医生知道，在人类中，慢性疼痛、抑郁及对完成长期目标动力的下降常常是密切相关的。

为了探索这些联系，Schwartz及其同事对取自小鼠的神经元进行了观察，这些小鼠遭受着两种类型的慢性疼痛，其中包括在其后脚掌中注射致炎物质及通过损伤其坐骨神经而引发的疼痛。研究人员通过检测它们是否会尝试克服越来越困难的障碍以获取食物奖励来对小鼠的动力水平进行测试。有慢性疼痛的小鼠比其它小鼠在克服这些障碍时的动力要少，即使当它们被给予镇痛药以缓和这些疼痛时。。Schwartz及其同事得出结论，这种动力的下降似乎来自在动力神经回路中的甘丙肽依赖性的改变。在一则相关的《视角》文章中，Howard Fields在有关动力神经基础的其它近来发现的范围内对这些结果进行了讨论。

Ribosome stalling induced by mutation of a CNS-specific tRNA causes neurodegeneration
2014年7月25日，8:00:00 | Ryuta Ishimura, Gabor Nagy, Ivan Dotu, Huihao Zhou, Xiang-Lei Yang, Paul Schimmel, Satoru Senju, Yasuharu Nishimura, Jeffrey H. Chuang, Susan L. Ackerman

一项最新研究表明，虽然核糖体中一个分子的突变不会导致细胞死亡，但是令人惊讶的是，如果同时存在第二个突变，那么这两个突变加倍作用，就会导致细胞死亡。这一研究结果将能帮助科学家们了解，个体遗传组成如何发挥作用，影响某个特殊的突变是引发疾病，还是跳过疾病，隐忍下来。

A Jurassic ornithischian dinosaur from Siberia with both feathers and scales
2014年7月25日，8:00:00 | Pascal Godefroit, Sofia M. Sinitsa, Danielle Dhouailly, Yuri L. Bolotsky, Alexander V. Sizov, Maria E. McNamara, Michael J. Benton, Paul Spagna

西伯利亚出土的化石提示，恐龙中存在羽毛的情况可能比科学家们曾经认为的更为普遍--它们不仅仅局限于与始祖鸟有关的恐龙分支，而是存在于一大批不同的恐龙群体中。科学家们长期以来一直就鸟类的起源进行辩论，而与诸如羽毛等关键性禽类特征的起源也有重大的争论。他们知道，在鸟类进场之前很久羽毛就已经在恐龙中演化出来了，从而提示鸟类是恐龙的直接后裔。第一个提出这一观点的是查尔斯•达尔文；他将一种小型兽脚类恐龙的骨骼结构与已知的最早期鸟类之一始祖鸟进行了比较并显示两者颇为相似；始祖鸟也属于兽脚类动物分支。在1990年代，在中国发现了保存完好的带羽兽脚类动物化石，这为鸟类是兽脚类动物直接后裔的理念提供了证据。但有人一直想知道羽毛的存在是否在恐龙中更为普遍，而不是局限于这一特别的恐龙分支。

现在，根据从俄国两个地方出土的6个部分的头骨及数百具骨架，Pascal Godefroit描述了在兽脚类动物群组之外的一种新的显示有羽毛样结构的恐龙。研究人员说，他们发现的他们称之为Kulindadromeus zabaikalicus的鸟臀目恐龙提示，在恐龙中羽毛的存在比科学家们认为的要更为普遍；也许所有的恐龙都有羽毛。他们的研究对较早期的提示提供了支持，即羽毛的出现并非一开始出于飞行的目的，而是为了与外部隔绝及/或发出吸引配偶的信号，只是到了后来羽毛才用于飞行。

A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome
2014年7月18日，8:00:00 | The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC), Klaus F. X. Mayer, Jane Rogers, Jaroslav Doležel, Curtis Pozniak, Kellye Eversole, Catherine Feuillet, Bikram Gill, Bernd Friebe, Adam J. Lukaszewski, Pierre Sourdille, Takashi R. Endo, Marie Kubalakova, Jarmila Čihalikova, Zdeňka Dubska, Jan Vrana, Romana Šperkova, Hana Šimkova, Melanie Febrer, Leah Clissold, Kirsten McLay, Kuldeep Singh, Parveen Chhuneja, Nagendra K. Singh, Jitendra Khurana, Eduard Akhunov, Frederic Choulet, Adriana Alberti, Valerie Barbe, Patrick Wincker, Hiroyuki Kanamori, Fuminori Kobayashi, Takeshi Itoh, Takashi Matsumoto, Hiroaki Sakai, Tsuyoshi Tanaka, Jianzhong Wu, Yasunari Ogihara, Hirokazu Handa, P. Ron Maclachlan, Andrew Sharpe, Darrin Klassen, David Edwards, Jacqueline Batley, Odd-Arne Olsen, Simen Rod Sandve, Sigbjorn Lien, Burkhard Steuernagel, Brande Wulff, Mario Caccamo, Sarah Ayling, Ricardo H. Ramirez-Gonzalez, Bernardo J. Clavijo, Jonathan Wright, Matthias Pfeifer, Manuel Spannagl, Mihaela M. Martis, Martin Mascher, Jarrod Chapman, Jesse A. Poland, Uwe Scholz, Kerrie Barry, Robbie Waugh, Daniel S. Rokhsar, Gary J. Muehlbauer, Nils Stein, Heidrun Gundlach, Matthias Zytnicki, Veronique Jamilloux, Hadi Quesneville, Thomas Wicker, Primetta Faccioli, Moreno Colaiacovo, Antonio Michele Stanca, Hikmet Budak, Luigi Cattivelli, Natasha Glover, Lise Pingault, Etienne Paux, Sapna Sharma, Rudi Appels, Matthew Bellgard, Brett Chapman, Thomas Nussbaumer, Kai Christian Bader, Helene Rimbert, Shichen Wang, Ron Knox, Andrzej Kilian, Michael Alaux, Francoise Alfama, Loic Couderc, Nicolas Guilhot, Claire Viseux, Mikael Loaec, Beat Keller, Sebastien Praud

小麦是全球最重要的粮食作物之一，提供了20%人类所需的热量。2010年英国科学家宣布他们绘制出了小麦基因组草图，但这一序列并不完整。在7月17日Science杂志上，两个研究组分别公布了Chinese Spring小麦品种的每个染色体臂的基因组序列，以及小麦染色体3B基因组序列，另外两个研究小组整理了发育中的普通小麦谷物组织的RNA产物，以及现代普通小麦的系统发育历史。这些成果将给我们呈递几近完整的小麦基因组序列信息。

Human tRNA synthetase catalytic nulls with diverse functions
2014年7月18日，8:00:00 | Wing-Sze Lo, Elisabeth Gardiner, Zhiwen Xu, Ching-Fun Lau, Feng Wang, Jie J. Zhou, John D. Mendlein, Leslie A. Nangle, Kyle P. Chiang, Xiang-Lei Yang, Kin-Fai Au, Wing Hung Wong, Min Guo, Mingjie Zhang, Paul Schimmel

据新的研究报告，经过一些可变操纵的众所周知的基因仍然会令我们吃惊，其所产生的用于生物性应用的蛋白产物是科学家们过去一直没有发现到的。这一点是重要的，因为大多数的人类基因都被多次进行可变性设计或剪接--尽管所致蛋白产物的实际性研究一直是阙如的。一个叫做AARS酶的酶族对将遗传密码变为活的现实是至关重要的；AARS酶将氨基酸——这是蛋白质的构件——送交给匹配的转运RNA分子或tRNAs。这个过程有时被称作给tRNA“装料”。一旦tRNA被装料，便可从DNA蓝图进行蛋白质翻译。先前的研究显示，AARS酶的可变剪接可产生具有新功能的全新的AARS蛋白。

为了对其进行研究，Wing-Sze Lo等人以AARS基因族作为目标并对来自可变剪接版本的蛋白进行了分析，他们发现了许多不同形式的蛋白产物，它们中的大多数失去了装料tRNAs的能力。有趣的是，过度表达这些AARS片段会导致不同的细胞活性——提示这些片段发挥了与那些所认识的AARS的典型功能不一样的独特功能。这项工作揭示，即使是特征得到充分描述的基因仍然会让我们感到惊讶，它们会产生具有其它多元的、功能先前没有被认识到的蛋白。

Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility
2014年7月11日，8:00:00 | Min Yu, Aditya Bardia, Nicola Aceto, Francesca Bersani, Marissa W. Madden, Maria C. Donaldson, Rushil Desai, Huili Zhu, Valentine Comaills, Zongli Zheng, Ben S. Wittner, Petar Stojanov, Elena Brachtel, Dennis Sgroi, Ravi Kapur, Toshihiro Shioda, David T. Ting, Sridhar Ramaswamy, Gad Getz, A. John Iafrate, Cyril Benes, Mehmet Toner, Shyamala Maheswaran, Daniel A. Haber

麻省总医院等处的研究人员从六位患有雌激素受体阳性乳腺癌的患者体内，收集分离了CTC细胞，并在体外进行了培养，这在之前的研究中并不容易实现。研究人员之所以能成功捕获这些细胞，部分的原因在于其使用了一种相对先进的微流体设备，这一设备能从血液样品中有效的去除白血病，剩下肿瘤细胞。

培养后的CTC细胞进行基因组测序，结果研究人员发现了一些已有的突变，以及新出现的突变。通过解析这些突变的谱系，研究人员能预测新的药物敏感性，并且研究人员也在培养细胞中验证了这种敏感性。

研究人员表示，可以将这种方法纳入临床治疗过程中，帮助寻找最适合患者的治疗方案呢，这一程序也将能被用于增加CTC体外培养的效率。
(生物通：万纹)