本期《自然》《科学》《PNAS》精选

　　

1月15日Nature

杂交优势的机制基础
多倍性（或称整基因组复制）是植物中常见的一种演化创新。几种主要作物（包括小麦、棉花和油菜）是异源多倍体，含有两个或多个趋异的基因组，而且一些植物也以种内和种间杂交体的形式存在。这样的植物会有旺盛的生长现象。对两种拟南芥植物（Arabidopsis thaliana 和 A. arenosa.）的杂交体所做的一项研究，为了解杂交体生长能力增强的机制基础提供了线索。研究表明，生物节律时钟的表观基因调制在异源多倍体中调节光合作用通道及淀粉代谢通道中的基因表达。因此，它们比其父辈积累更多叶绿素，产生更多淀粉，而且长得更大。所以，杂交体和异源多倍体植物似乎能通过可逆调整生物节律时钟调控因子而从生理及代谢通道的控制中获得优势，以更好利用白天的时间。

研究SMA疾病病理的一种新方法
遗传性疾病“脊髓性肌萎缩”（SMA）是造成儿童死亡的最常见神经失调症状之一，由SMN1基因两个版本同时发生的突变引起。人们对SMA病理知之甚少，部分原因是，这种疾病是人类独有的，人类有该基因的两个版本——SMN1和 SMN2，而啮齿类和其他实验模型动物只有一个版本。现在，研究人员已经设计出一种新方法，该方法能生成在细胞层次上研究SMA疾病病理的一种工具。来自一个患有SMA的儿童的皮肤成纤维细胞（同时为了对比也取了来自其未受该疾病影响的母亲的这种细胞）被用来生成“诱导的多能干细胞”（iPS）细胞系。它们形成神经前体细胞培养，该培养可产生保持该疾病表现型的分化的神经组织和运动神经元。该培养还对已知能提升与该疾病相关的突变蛋白水平的药物有反应。类似的iPS技术对于如亨廷顿疾病等其他遗传疾病的研究也许有使用价值。

ipRGCs光受体光反应性能的定量研究
“内在光敏视网膜神经节细胞” (ipRGCs)作为视网膜中与神经杆细胞和神经锥细胞截然不同的一种光受体的发现，刺激了人们对视觉中非成像方面的兴趣。本期Nature发表了对这些光受体的光反应性能所做的一项定量研究。令人吃惊的是，含黑视蛋白的ipRGCs的单光子反应是神经杆细胞单光子反应的3倍，是神经锥细胞单光子反应的100倍，尽管它反应慢、持续时间长。黑视蛋白的膜密度低，所以穿过视网膜的光可以基本不受阻碍地进入成像神经杆细胞和神经锥细胞。为这项研究工作所生成的小鼠细胞系（在其中活ipRGCs被用一种荧光标记物做了标记）为这一领域的研究提供了新的机会，包括用于分子研究的细胞纯化。

刺鲛的形态学研究
刺鲛是早已灭绝的化石鱼，接近软骨鱼和硬骨鱼的分叉点。它们的形态学研究有可能揭示关于有颚类脊椎动物早期演化的很多秘密。问题是人们对它们的解剖特征很不了解，它们大部分都局限于Acanthodes，这是生活在二叠纪的一种可能没有代表性的属，处在刺鲛历史的晚期。现在，Martin Brazeau介绍了对Ptomacanthus的脑壳首次所做的详细描述，它是生活在早泥盆纪刺鲛鼎盛时期的一种刺鲛，距今大约4.15亿年前。这些结果表明，刺鲛可能不是一个自然的类群：Ptomacanthus要么是鲨鱼的一个非常早的近亲，要么接近所有现代有颚类脊椎动物的共同祖先。

哺乳动物细胞中的合成基因电路
产生振荡输出的合成基因电路一直只在细菌中有，而且即使在细菌中也一直难以使它们具有可靠性。现在Tigges等人在哺乳动物细胞中开发出一种合成的sense-antisense电路，它能产生自主的、自持的和可调的周期性基因表达。这种合成的哺乳动物时钟将可用于哺乳动物细胞的振荡研究，并且还有可能提高我们对生物节律时钟及相关病理的认识。

神经回路的经验学习研究
早期经历能提高大脑适应未来类似事件的能力，这是常识，但最初的经历是怎样在神经回路中表达的、或者说它对再学习有何贡献却不清楚。实验鼠一只眼睛的临时闭合这样一个模型为研究这些问题提供了一个体系。新的经历（即单眼视觉）诱导来自视觉皮层中神经细胞的树突棘的生长。通过交替单眼视觉和双眼视觉的时间段以及对神经细胞的形态进行几天时间的跟踪，Hofer等人得以能够记录到由经历所诱导的结构变化，并发现它们的持续时间是否能够超过经历本身。他们发现，长寿命的树突棘密度随单眼视觉的丧失而增加，其持续时间超过经历的持续时间。随后再使视觉丧失却未能诱导树突棘密度进一步增加，说明最初经历可能会提供一个结构性经历的“踪迹”，该“踪迹”在对进一步的功能性变化做出反应时可被利用。

肾脏起源于昆虫？
脊椎动物肾小球中的滤血障碍层（血液在此被超滤形成尿）由被称为“足细胞”的发生改变的上皮细胞构成。肾单元（由肾小球和肾小管组成）被认为是脊椎动物的一个典型的适应性特征。但“类似肾单元”的特征也见于很多无脊椎动物的排泄系统。现在Weavers等人报告，昆虫的一种被称为“肾原细胞”的过滤细胞与“足细胞”有惊人的相似之处。肾脏裂孔隔膜主要成分的果蝇直系同源物形成一种由相互作用的蛋白构成的复合物，与脊椎动物中的相似。“肾原细胞”隔膜在肾病蛋白或neph1直系同源基因的果蝇突变体中完全丢失，与人类肾病—— “先天性肾病综合征”(NPHS1)的表现型相似。这一发现将昆虫“肾原细胞”确定为研究肾脏“足细胞”生物学及与“足细胞”相关疾病的一个模型。

1月16日Science

存在于意想不到地方的星际尘埃
  
 
 
  
据1月16日的《科学》杂志报道说，一颗类似存在于宇宙早期的碳星教了我们许多有关星际尘埃的角色以及星系是如何演化的知识。Gregory Sloan及其同僚应用采自Spitzer Space Telescope的数据在一个邻近的星系中发现了一颗被命名为MAG29的碳星。他们观察到，尽管该星球的元素含量极端匮乏，但它似乎仍然还在散发着尘埃。这种星际尘埃决定着太空中的化学和物理。人们发现它在星系中存在的时间最早可以追溯至宇宙大爆炸之后8亿7000万年的时候。但是研究人员一直认为，在宇宙的早期，超新星在星际尘埃的产生过程中占主导地位，而该过程的来自碳星的帮助即使有的话也是非常小的。此次所发现的一颗在原始的宇宙环境中能够产生星际尘埃的碳星提出了这种可能性，即碳星在宇宙的早期实际上还是贡献了相当数量的星际尘埃的，而这可能有助于研究人员理解星系是如何形成的。

巨型星球的大小是否会大得无边？
  
 

  
据1月16日的《科学》杂志报道说，一种新的研究模型可能会解决一个长期存在的谜团，即为什么某些星球的大小会变得无法预料并成长为比太阳还要大20多倍的巨型星球。那些质量比太阳大约要大20倍的星球会产生如此多的光芒，使得这些光芒施加在星球周围的气体和星尘上的辐射压比气体和星尘受到的万有引力还要强。当星球在这种大小的时候，其外向的压力应该会阻止星球再加上任何额外的气体，但是不知何故，某些星球会增长至太阳的100倍那样大。Mark Krumholz向人们介绍了巨型星球形成的三维模拟模型，该模型显示，引力与辐射间的相互作用会驱动“多种不稳定性”，而这些“不稳定性”会使得增长持续至无限的质量。些不稳定性中的一种就是所谓的Rayleigh-Taylor不稳定性，这是发生在2种不同密度的流体边界处的不稳定性，即密度较轻的流体推挤密度较重流体时发生的不稳定性。这些不稳定性还会产生碎解，从而导致含有多个巨型星球的系统。

火星上神秘的甲烷
据1月16日的《科学》杂志报道说，研究人员称，他们在火星的某些特别的地方探测到了甲烷排放的季节性变化。甲烷的存在意味着有活跃的地质活动，或是甚至可能有生物学的过程，而人们在这一红色行星上观察到的甲烷量可与地球上的某些活动地带的甲烷量相比较。Michael Mumma及其一个研究团队在三个不同的陆基望远镜上用高分散红外光谱仪对火星的大约90%的表面监测了3个火星年（相当于7个地球年）。火星上所观察到的“缕缕”甲烷存在于2003年，这意味着该气体是从火星的个别独立的区域释放出来的，但研究人员提示，这些甲烷产自某一中心来源。在他们研究的某一时刻，主要的甲烷烟雾中含有估计1万9000公吨的该种气体，这可与加州圣塔巴巴拉的Coal Oil Point所产生的大量的碳氢化合物的渗漏相比较。这些作者承认，人们必须要作更多的研究才能找到甲烷的源头，但他们还提出了一个非常令人感兴趣的可能性，即某种形式的生态区（类似在地球表面之下已经持续存在几百万年的深层细菌生物区域）可能也同样存在于火星上。

1月13日PNAS

金融交易的生物学重要性

一项新的研究发现，无名指相对食指更长是一个指标，指示着一个高频率的金融交易员更可能成功。此前的研究发现食指对无名指的长度比（术语是2D：4D）是出生前接触雄性激素（男性性激素）的衡量标准，它可以影响大脑的发育，提供更多的自信和更迅速的反应时间。John Coates及其同事提出，出生前接触雄性激素可以促进跟踪价格并在极短时间内做出交易所必须的注意力和反射，这让交易员的效率更高。这组科学家测量了伦敦的44名男性交易员右手的手指，这些交易员从事一项涉及到快速决策和迅速身体反应的交易。这组作者然后把手指长度比例和交易员此前20个月的收益和损失联系了起来。根据该报告，2D：4D比例低预示着长期收益率高以及交易员能在此行业中从业更长时间。这组作者说，出生前接触到高浓度的雄性激素的交易员的成功和持久性提示，金融市场可能受到交易员的生物特征的影响。

论文 #08-10907: "Second to fourth digit ratio predicts success among high-frequency financial traders," 作者 John M. Coates, Mark Gurnell和Aldo Rustichini

媒体联系人：John Coates，英国剑桥大学Judge商学院以及生理学、发育和神经生物学系

Judge Business School and Department of Physiology, Development, and Neuroscience, University of Cambridge, Cambridge, UNITED KINGDOM

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遥控微型夹钳

科学家开发出了微小的金属夹钳，通过生化物质或者温度的上升可以触发它的夹持。这种“微型夹钳”类似于亚毫米尺寸的螃蟹，它们可以在一系列的医学应用中派上用场，包括在一个称为体外活检的过程中移除包埋组织的细胞。传统的微型夹钳是通过线或者经由细管气动控制的。这类装置的物理连接会限制它们的机动性。David Gracias及其同事开发出了没有这些限制的微型夹钳。他们的微型夹钳类似于节肢动物，这并非偶然——这组科学家的设计是受到了螃蟹关节的启发。夹持的动作来自一个预应力金属层，有机聚合物的片段使其保持开放，每个金属聚合物关节上都有这样的结构。有几种让聚合物软化并释放张力的方法：把温度提高到40摄氏度以上、把这种微型夹钳放入腐蚀性溶液，或者让它接触生物试剂。目前这种夹持的动作在生物体条件下是不可逆的，而且可能被太多的因素触发，从而无法成为可靠的外科工具。但是这组科学家证明了这种微型夹钳可以通过磁铁加以操纵，而且力量足以在一个膀胱活检的体外模型中切除组织。

论文 #08-07698: "Tetherless thermo-biochemically actuated microgrippers," 作者 Timothy G. Leong, Christina L. Randall, Bryan R. Benson, Noy Bassik, George M. Stern和 David H. Gracias

媒体联系人：David Gracias，约翰·霍普金斯大学化学系

Department of Chemistry, Johns Hopkins University, Baltimore, MD

电话：410-516-5284

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纳米MRI

科学家制造出了一种具有纳米水平分辨率的磁共振成像（MRI）扫描仪的原型机，让体分辨率增加到了典型的MRI机的1亿倍。MRI普遍被医院用于医学成像，但是其分辨率不能提供高分辨率显微镜检查所需的细节。Daniel Rugar及其同事如今演示了一种装置，它可以作为一种三维的、在纳米尺度上进行元素选择性成像的工具，分辨率大约是10纳米。这种新的装置的工作方式并不像传统的MRI扫描仪，它没有梯度和成像线圈。相反，这组科学家使用了一种称为磁共振力显微镜的技术，它依靠检测极其微弱的磁力工作。为了检验这种装置，这组作者对单个病毒颗粒进行了成像。这种机器利用激光干涉测量追踪病毒颗粒的运动，后者随着样本与机器的磁性尖端的相互作用而轻微地震动。这个尖端然后被在三个维度上扫描，对震动进行分析从而建立了一个三维的图像。纳米MRI可以对样本中的特定化学元素做出反应，而且和电子显微镜不同，它不会破坏敏感的生物对象。这组作者说，经过进一步开发，这项技术可能有潜力为生物大分子的内部结构成像。

论文 #08-12068: "Nanoscale magnetic resonance imaging," 作者 C. L. Degen, M. Poggio, H. J. Mamin, C. T. Rettner和D. Rugar

媒体联系人：Daniel Rugar，IBM研究部门，Almaden研究中心

IBM Research Division, Almaden Research Center, San Jose, CA

电话： 408-927-2027

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爱泼斯坦—巴尔病毒可能对癌症有贡献

科学家发现了爱泼斯坦—巴尔病毒（EBV）如何对一系列的癌症和相关恶性肿瘤有贡献，这种病毒通常会导致无症状感染或单核细胞增多症。EBV是疱疹病毒科的成员之一，它感染世界各地人们的免疫系统细胞，包括美国成年人群体的90%以上。Maria Masucci及其同事研究了该病毒的一种蛋白质在所有携带EBV的恶性肿瘤中表达的效应，并搜寻了被称为B细胞系的淋巴细胞的基因组不稳定的迹象，这是癌症的一个标志。这组作者找到了表达这种病毒蛋白质的B细胞系，并观察到了这些细胞中的染色体异常、DNA双链破坏以及DNA损伤反应激活的显著增加。这种病毒此前已经和Burkitt淋巴瘤、霍奇金病、鼻咽癌以及移植后淋巴组织增生性疾病联系在了一起，但是它在这些疾病中扮演的角色尚未完全弄清。这组科学家提出，与EBV有关的核心抗原很可能增加了活性氧的制造，这会导致这种DNA损伤。这组科学家说，这些发现可能有助于治疗EBV相关疾病。

论文 #08-10619: "The Epstein-Barr virus nuclear antigen-1 promotes genomic instability via induction of reactive oxygen species," 作者 Bettina Gruhne, Ramakrishna Sompallae, Diego Marescotti, Siamak Akbari Kamranvar, Stefano Gastaldello和 Maria G. Masucci

媒体联系人：Maria Masucci，瑞典卡罗林斯卡医学院细胞和分子生物学系

Department of Cell and Molecular Biology, Karolinska Institutet, Stockholm, SWEDEN

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血友病的干细胞疗法

根据一份新的报告，干细胞疗法可能是治疗血友病A的新疗法的关键。血友病是一种遗传病，其患者的血液不能正常凝结。Yupo Ma及其同事培育了一种改造的干细胞，它可以让血友病小鼠产生血友病A患者缺失的蛋白质，这可以让这些小鼠在受伤后停止出血。此前用基因疗法治疗血友病的尝试因为各种原因而失败了，包括被免疫系统排斥。这组科学家使用了能制造第八因子蛋白质的小鼠纤维原细胞，然后把这些改造后的细胞注射进了血友病小鼠的肝脏。在注射的7天后，接受治疗的小鼠产生了当它们的尾巴被切掉时足以制止出血的第八因子，而未经治疗的小鼠在几小时之后就死亡了。接受治疗的小鼠产生的第八因子只有健康小鼠的大约16%，然而，这种治疗看上去足够防止大量出血，并可以逆转血友病A的主要症状。这组作者提出，这种类型的干细胞疗法还可能被证明对于治疗其他遗传病有用。

论文 #08-12090: "Phenotypic correction of murine hemophilia A using an iPS cell-based therapy," 作者 Dan Xu, Zaida Alipio, Louis M. Fink, Dorothy M. Adcock, Jianchang Yang, David C. Ward和 Yupo Ma

媒体联系人：Yupo Ma，内华达癌症研究所实验室医学部

Division of Laboratory Medicine, Nevada Cancer Institute, Las Vegas, NV

电话：702-822-5105

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媒体联系人： Xing Xu，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Chinese Academy of Sciences, Beijing, CHINA

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论文 #08-07041: "Psychosocial stress reversibly disrupts prefrontal processing and attentional control: a translational neuroimaging study," 作者Conor Liston, Bruce McEwan 和B. Casey

媒体联系人：Conor Liston，康奈尔大学Weill医学院精神病学、神经病学和神经科学系

Depts. of Psychiatry, Neurology & Neuroscience, Weill Medical College of Cornell University, New York, NY;

电话：212-746-3917

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人类猎人可能在短时间内导致生物表现型的迅速变化，诸如一种动物的角的尺寸，或其生殖年龄。

论文 #08-09235: "Human predators outpace other agents of trait change in the wild," 作者Chris T. Darimont, Stephanie M. Carlson, Michael T. Kinnison, Paul C. Paquet, Thomas E. Reimchen和 Christopher C. Wilmers

媒体联系人： Chris Darimont，加州大学圣克鲁兹分校环境研究系

Environmental Studies Department, University of California, Santa Cruz, CA

电话：831-706-0836

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