本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

封面故事：负鼠基因组完成测序

南方短尾负鼠（Monodelphis domestica）的基因组已经被测序和分析，使研究人员首次能够一窥一种有袋类动物的基因组成。对有袋类动物和胎生哺乳动物之间在演化过程中保留下来的元素所做的比较表明，在蛋白质编码基因上所发生的真正的演化创新是比较少的，而保留下来的非编码元素在胎生哺乳动物分支的演化中却演化得很快。选择负鼠这个物种作为第一个有袋类基因组来进行测序研究的原因之一是，它是实验室中常用的一种模型动物。研究人员对免疫系统的遗传学问题以及神经生物学、瘤样病变和发育生物学中所涉及的基因位点非常感兴趣。封面图片：Larry Wadsworth（德州A&M大学Media Resources）。

人类基因组内的结构变异研究

关于人类遗传变异的大多数研究都集中在特定基因中单链核苷的差异上。但在更高的一个层次上，还存在结构差异，如插入、删除和倒转等，大小一般在几千个碱基对到数百个碱基对之间，这为遗传变异增添了另一个维度。在“国家人类基因组研究所”（NHGRI）主持下的一个新的研究项目，旨在积累一个关于人类基因组内结构变异的参照数据集，这个数据集能够为我们描绘出关于在表现型上正常的个体中所存在的DNA序列层次上的差异的一个全景图。该数据集也将成为在个别基因组层次上进行疾病研究的一条捷径。在本期Nature上，该项目的NHGRI工作组的成员详细介绍了这个项目的目的和方法。

“for”基因发生等位基因变异的原因

对果蝇来说，foraging (for)基因所发生的自然变异，是低营养条件下一对形成鲜明对比的著名行为背后的原因，这对行为分别是“rover”和“sitter”表现型。尽管进行了几十年研究，但科学家仍然不能解释for基因中等位基因变异的存在，也不能解释一般意义上的稳定多态性的存在。对这些共存的变异体所做的新的实验显示，它们之间的竞争性互动有可能是问题的答案。当一个变异体普遍存在时，另一个也能兴旺起来；反之亦然，从而确保“sitter”幼虫（不经常活动、但吃得很多的幼虫）和“rover”幼虫（活动很多、但吃得很少的幼虫）能够共存。

记忆的促进和恢复

是否能够有一种药物来促进记忆、甚至还能恢复在阿尔茨海默氏症等疾病中遗忘的记忆？用一种严重神经退化疾病动物模型（CK-p25 Tg小鼠）所做的新的研究工作让我们看到了这种希望。在这项研究中，研究人员用两种办法恢复了这些实验鼠的学习和长期记忆——一种是进行环境强化（基本上就是使生活变得有趣）；另一种是用“组蛋白去乙酰基转移酶”（HDAC）抑制剂来处理。HDAC被认为能够通过促进组蛋白乙酰化作用、从而改变细胞核中的转录来帮助正常个体记忆的形成。值得注意的是，这种记忆促进作用在严重脑萎缩的p25实验鼠身上也出现了。记忆的恢复与已有神经网络的重新排列有关，这可能是恢复长期记忆的一个手段。

性别差异与生物多样性的关系

生物学的一大任务是解释生物多样性的模式。两性之间在形式上的差异是普遍存在的，然而促使性别二态性出现的因素在关于物种多样性的研究中却很少被考虑到。同样，人们也很少用影响群落层面上多样性的生态和演化因素去解释性别差异所能达到的程度。现在，对在古巴、伊斯帕尼奥拉岛、牙买加和波多黎各等岛屿上有独立群落的一种变色蜥蜴（它是关于适应性辐射的一个经典例子）所做的一项研究表明，性别差异是一种适应性辐射的形态多样化的主要贡献因素。这一发现可以成为反映在生物多样化过程中性别二态性和适应性辐射之间互动方式的一个模型，该模型可以用关于佛罗里达的外来变色蜥蜴和本地变色蜥蜴之间互动情况的观测结果去验证。

视觉系统对亮度和光洁度的判断

我们能够很容易分辨出一件东西是用白蜡做成的还是用石膏做成的，也能够很容易分辨出一个木质表面是否进行了抛光处理，只要观察表面是亮还是暗、是否光滑就可以了。这便涉及到一个先有鸡还是先有蛋的问题。为了推断一个三维表面的反光质量，我们需要关于形状和照明情况的详细信息，但要推断其中的每个因素，又需要关于其他因素的知识。Motoyoshi等人破解了这个谜。在此过程中，他们给出了一些对机器人视觉系统的开发人员和创造虚拟现实的计算机动画制作人员可能会很有用的线索。关键是一个简单的图像统计原理：我们对光亮程度的感觉是由一个图像中亮度值分布的正偏（positive skew）量决定的。

5月4日《Science》 
 
    心脏病的遗传关联

    两个独立的研究小组在基因组找到增加白种人群中患冠心病风险的一个DNA片段。某些众所周知的生活因素比如吸烟会增加患心脏病的风险，心脏病是西方国家中第一个导致死亡的原因，但是遗传在其中也有作用。Ruth McPherson和同事在他们的研究中用一个叫基因组范围关联扫描的方法，检测了冠心病患者或有过心脏病发作的人的基因组，以及用作“对照”的健康人的基因组，来分析基因组上的好几千个DNA标记。这些名为SNPs的标记是单个DNA字母的变异。文章作者确定出染色体区域9p21与心脏病有关联。携带这个所谓的“风险等位体”的两个拷贝的个体(占白人人口的25%左右)，比没有这个等位体的个体，患心脏病的风险增加30%到40%。只有一个等位体拷贝的人的风险稍有增加。这个等位体增加冠心病的机制现在还不清楚。有意思的是，同一个染色体区域9p21的序列变异在前不久被发现与患2型糖尿病的风险增加有关。

    水星内核

    研究人员报告说，至少水星内核的部分是融化的。这个微小的行星的内部结构一直是个未解的谜，尤其是在30年前意外地发现了其内部磁场之后。在一篇相关的研究评述中，Sean Solomon解释说，金星没有这样的磁场，只有火星和月球有存在古老的全球磁场的证据。水星的质量只有地球的5%左右，人们认为水星的内核已经冷却到固化了或者产生内部磁场的内核对流已经不再发生。近来，热模型曾对内核性质给出从液体到固体的很广的预测。Jean-Luc Margot和同事用一个叫 “雷达斑点干涉仪”的技术来探测水星的旋转动力学，该技术涉及将雷达信号从一个行星靶标上反射回来，用返回的信号检测不规则的图案或“斑点”。用他们了解的水星的自旋轴、颤动和轨道的知识，作者提出水星的地幔的行为独立于其内核，而该内核至少是半融化的。

    鱼儿回到甜美的故乡

    本期一篇报告报道，珊瑚礁中的鱼的卵在海洋中花了几个星期或几个月成熟后，其中大多数返回了它们的“故乡”。研究人员能用这个信息来优化作为生物多样性和渔场管理计划的海洋保护点的设计方案。跟踪珊瑚礁中的鱼的卵是一个较大的挑战，因为它们极其微小，而且能在开放的海洋中花几个月的时间来成熟。Glenn Almany和一个国际研究组在巴布亚新几内亚金贝湾的一个0.3公里的珊瑚礁上，用一个给鱼卵贴标签的方法，将罕见的稳定同位素从母亲传授给下一代。他们跟踪了不同生殖习惯的两种鱼，橘黄色的小丑鱼 (Amphiprion percula) 在几天后孵化，然后在海洋中花了大约11天。他们还研究了流浪的蝴蝶飞鱼 (Chaetodon vagabundus)，该种鱼与大多数海洋鱼类似，把配子排到水中，鱼卵在海洋中花一个多月的时间。

    阿尔茨海默氏症与tau蛋白质

    虽然大多数阿尔茨海默氏症的治疗研究集中在beta淀粉样多肽上，一个新的方法显示，在小鼠模型中将tau蛋白质的内部生产减少50%，能防止该病认知方面的问题。阿尔茨海默氏症是最常见的痴呆症，患者的大脑中有与tau蛋白质沉淀物纠缠在一起的神经元，也有淀粉样多肽的斑块，但是人们不清楚这两种东西对作为疾病特征的智力障碍如何起作用。Erik D. Roberson和同事还显示tau在神经元健康上起关键作用，这就是为什么减少其产生也许能对阿尔茨海默氏症和其他神经紊乱症起保护作用的原因。这些研究人员在小鼠模型中没有发现减少tau的副作用。
 

5月11日《Science》

5月11日《科学》杂志内容精选  
 

     
    来自海洋深处的古老的碳

    新研究为上一个冰川期结束时，大量的碳如何从古老的深海水中释放到大气层提供了人们等待已久的证据。大气二氧化碳浓度以及最后一次冰川运动期间放射性碳活动的记录显示，一定有古老的碳(指其中大多数放射性同位素碳-14已经衰变的碳) 从海洋到大气的大量转移。研究人员曾假设这些碳来自南太平洋深海的碳库，所以一直在深海点的记录中寻找线索。但是Thomas M. Marchitto和同事在东北太平洋的较浅的采样中找到了碳库存在的证据。文章作者提供了这些水域的中部放射性碳活动的跨越过去38000年的记录。这些记录显示，在冰川运动的两个时间点，大量的带有古老碳的水从下面注射到表面。一篇相关的研究评述进一步讨论了这些发现。

    子弹形状的太阳系

    研究人员报告说，我们的太阳系不同于银河系其他部分，而与星际磁场形成60度角。在日球层(即围绕太阳系的充满太阳风的气泡)以这个角度与星际磁场相交之处，太阳系变成子弹的形状。Merav Opher和同事首次用来自两个旅行者飞船的放射源以及三维计算机模型显示，离我们的太阳系最近的星际磁场并不像它看来在银河系其他部分那样与银河系的旋转臂平行。研究人员模拟了日球层接触星际磁场之处，这是在地球到太阳距离200倍的地方以及更远的地方，得出这个他们不曾期待的角度。J. R. Jokipii为此撰写了一篇研究评述。

    地震断层加热时会变得更滑

    科学家在实验室做的试验提出，沿某些断层的急剧加热可能会将断层的岩石变成易滑动的粉末，通过降低摩擦力而减弱断层。这些发现给为什么岩石间的摩擦力不阻碍导致地震的滑动提供了一个可能的解释。Raehee Han与韩国和日本的同事用卡拉拉大理石的圆柱体进行了试验，发现滑动界面的加热使大理石分解成细小的颗粒，从而使断层变得更易滑动。因此，热分解也许是断层动态变弱的一个重要机制。在一篇相关的研究评述中，Raul Madariaga指出，大理石不是通常出现在断层中的岩石，但是这项研究的作者提出他们的结果对别的类型的岩石也应该适用。