《PNAS》八大热点文章

【字体: 时间:2017年05月24日 来源:生物通

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  一项研究提出,缺乏植物纤维的现代西方饮食可能与人类消化道微生物组的不平衡以及多样性减少有关。富含脂肪、糖和动物蛋白的典型的西方饮食常常缺乏来源于植物的纤维,这类饮食被认为破坏了人类消化道微生物的精妙的平衡。

  

生物通报道:《PNAS》(美国国家科学院院刊)是与Nature、Science齐名,被引用次数最多的综合学科文献之一,PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学,主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章(生物类)如下:

Metabolic features of chronic fatigue syndrome

研究者们最近发现了一类慢性疲劳症(CFS)的特有化学标记物,而且这一特征与其它物种在受到环境压力时出现的“冬眠”现象十分相似。

慢性疲劳症又被称为肌痛性脑脊髓炎,能够对患者造成长达半年之久的疲乏症状。在这一时期内,患者会不时表现出头痛,睡眠障碍以及记忆问题等等。

为了研究该疾病的生物学原理,研究者们招募了84名志愿者(45名患者与39名健康人)进行试验。通过采集样本,他们筛选到了612个代谢标记,参与了血浆中63种不同的生化反应。通过比对健康人与患者之间的代谢物差异,作者们发现患有CFS的患者在其中20个代谢通路中出现了异常,而80%的代谢物水平也有明显下降。

这意味着患有CFS的患者在代谢上述化合物时相比正常人有明显的障碍。这一特征与蠕虫在进行冬眠时的情况十分相似。

Cluster failure: Why fMRI inferences for spatial extent have inflated false-positive rates

功能性磁共振成像(fMRI,functional magnetic resonance imaging)是一种神经影像学方式,其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。用于这种方法的非侵入性、没有辐射暴露问题等优点,被广泛应用于神经科学研究。然而近期来自麻省总医院的一组研究人员发现,fMRI数据处理最常用的软件包产生的假阳性率高达 70%,这令其所涉及的40,000项研究受到质疑。

研究人员分析了来自500例健康对照的静息态(resting-state,就是大脑非任务状态,生物通注)fMRI数据,然后随机分配到对照组和“实验”组,这些数据会被数千次分配到三个常见的软件包:PM、 FSL 和 AFNI中的一个,造成假阳性。

除了高得惊人的假阳性率,研究人员还在AFNI 软件包中发现了一个bug:当他们利用软件的一个调试版本时,能减少10%的假阳性率。研究人员指出,大多数采用这种错误软件的研究数据不可用,因此数据不容易重新分析。上万项研究采用的技术被质疑

Analysis and valuation of the health and climate change cobenefits of dietary change

在健康分析中,英国牛津大学的研究人员通过计算人群归因分数(Population Attributable Fractions,PAFS)分析了死亡和疾病的饮食和体重相关的诱发因素。在环境分析中,该研究采用生命周期分析法(Life Cycle Analyses,LCAS)计算了不同膳食方案将产生的温室气体排(GHG)放量。该研究基于以上计算结果,首次使用特定区域的全球健康模型(Region-specific Global Healthmodel)量化了饮食结构变化对健康和环境的影响。

研究结果显示,全球不同地区之间饮食结构差别很大,而饮食结构极大地影响着个人的健康及其生活环境。较之基准情景,按照标准的饮食指导方针降低饮食中动物来源食品的占比,到2050年全球死亡率将降低6%~10%,与食品相关的GHG排放量将减少29%~70%,并产生1~31万亿美元的经济利益,这相当于2050年全球国内生产总值(GDP)的0.4%~13%。

Neural correlates of the LSD experience revealed by multimodal neuroimaging

这是科学家首次完成LSD作用于大脑成像研究,被称作50年以来最大的突破。LSD是什么?就是一种致幻剂,据称,吸食LSD在硅谷这种高科技产业区十分常见,乔布斯都说这吸食LSD是他做过最重要的事之一。

科学家对注射过LSD的志愿者进行了大脑扫描成像。他们发现,在LSD的作用下,大脑的不同部分竟然可以相互沟通。也就是说,就算你闭着眼,你的视觉皮层仍然处于激活状态。

同时,原本处于同一个神经网络的各个部分,在LSD的作用开始分散,这就导致了“天人合一”的感知,这种个人性逐渐消散的现象也被称作“自我消解”(ego dissolution)。

这一研究为LSD用作精神疾病的治疗打下了基础。 由于这种药物对大脑区域的影响巨大,很可能可以改变抑郁症和成瘾症作用下的大脑思维模式,从而治疗抑郁症和成瘾症。

Orthographic processing in pigeons (Columba livia)

新西兰奥塔哥大学的研究者们让与人类亲缘关系较远的鸽子参与研究。在参加训练的13只鸽子当中,有4只“天赋异禀”的鸽子被选拔出来完成了剩下的实验。它们掌握的平均词汇量为43个,数量上不如狒狒,但反应趋势却基本一致:和真词越相像的字符串,就越容易被认做“单词”。

研究者认为,鸽子和狒狒能根据字母组合频率对字符进行“词”与“非词”的分类,这可能是采用了“概念化”(conceptualization)的方法。也就是说,它们通过学习一组刺激(单词)的共有规律,形成对这一次级类别的概念,并能之推广应用,用于不同刺激(单词与非词)的比较。这是一种在视觉加工中普遍存在的机制,恰恰印证了“神经元回收再利用”的假说。

Captivity humanizes the primate microbiome

一项研究提出,缺乏植物纤维的现代西方饮食可能与人类消化道微生物组的不平衡以及多样性减少有关。富含脂肪、糖和动物蛋白的典型的西方饮食常常缺乏来源于植物的纤维,这类饮食被认为破坏了人类消化道微生物的精妙的平衡。

为了探索饮食对消化道微生物组的效应,Dan Knights及其同事对提取自动物园、保护区和自然环境中——它们分别代表了捕获、半捕获和野生环境——生活的两种灵长类物种的大便样本的DNA进行了测序,这两种灵长类物种分别是白臀叶猴和鬃毛吼猴。尽管在距离遥远的东南亚和美国的动物园中使用极为不同的饮食饲养,被捕获的灵长类与野生个体不同,前者表现出了与现代人类类似的消化道微生物组组成,包括普雷沃氏菌属和拟杆菌属物种占主导地位。与动物园饲养的同种灵长类相比,用野生灵长类可以吃到的一些植物组成的植物食谱来喂养保护区饲养的灵长类动物后,它们表现出了中等程度的微生物组多样性和破坏。此外,微生物组破坏与饮食纤维含量的变化显著相关,但是与诸如地理位置和抗生素使用等因素不相关,这提示饮食在很大程度上影响捕获的灵长类的微生物组组成。这组作者说,这些发现强调了在富含纤维的饮食与消化道微生物组多样性之间的联系。

No evidence for extensive horizontal gene transfer in the genome of the tardigrade Hypsibius dujardini

缓步动物(tardigrade),更常见的俗名是“水熊虫”,因为它看起来像可爱的多腿小熊。这种微小的动物对几乎所有的东西都有抵抗力:煮,冻,辐射,丢真空——它都很难死掉,可以说是地球上最强悍的生物之一。因此,生物学界对水熊虫不仅叹为观止,而且视之为研究瑰宝,期望它会带来可与果蝇相比拟的贡献。

2015年11月和2016年3月,《PNAS》杂志刊出了两项关于水熊虫的研究,然而这两篇文章的结论却截然相反。水熊虫这种神奇的生物其基因组中到底有没有外源DNA?外源DNA占的比例到底有没有那么大?两篇文章各执一词。两篇PNAS互撕:水熊虫有无外源DNA?

Nonlinear, interacting responses to climate limit grassland production under global change

美国赖斯大学一项研究模拟了持续性全球气候变化中的4个主要成分将如何影响生态系统,这项研究发现,未来的气候变化预计将降低美国加利福尼亚草原和类似生态系统的总年度植物生长。预测生态系统将如何对全球气候变化做出响应是一个挑战,这是由于相互作用因素的数量与复杂性。

Kai Zhu、Chris Field和他们的同事把来自一个17年的多因素实验的直接观测与统计分析结合起来,通过模拟在温度、降水量、大气二氧化碳和氮污染的许多组合下的未来条件,研究了美国加利福尼亚草原的年度植物生长即净的初级生产。这组作者把植物生长精密调整到了平均条件下,结果发现偏离长期平均值导致了净的初级生产的减少。这组作者说,由于加利福尼亚草原几乎没有表现出在一个变化的气候中截存额外的碳的趋势,未来缓解气候变化的举措可能需要把致力于降低和能源有关的系统的排放的策略整合进来。

(生物通:万纹)

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