本期《自然》《科学》《PNAS》精选

　　

12月18日《Nature》

Nature vol.456 (7224), (18 Dec 2008)
微波激射器在早期宇宙中很普遍
天体物理微波激射器是在微波波长出现的激发谱线辐射源，与激光的光学辐射相似。水微波激射器在22 GHz从水分子发射微波，见于与活动星系中心的超大黑洞相关的致密分子云中。根据从本地样品得到的水微波激射器亮度函数，研究人员假设，微波激射器在中及高红移处一定很少见。这一假设似乎不成立：在引力棱镜的放大作用帮助下，研究人员已在一个类星体中、在红移值为2.64处发现了一个水微波激射器。其亮度是最强大本地水微波激射器亮度的两倍，是已知最亮微波激射器亮度的一半。该发现表明，这样的微波激射器在早期宇宙中要比现在多得多。

一类新型手性催化剂
烯类置换（石蜡置换或转亚烷基化反应）是一个有机化学反应，广泛用来合成包括药物、聚合物和燃料在内的产品。其重要性在2005年得到认可，当时Yves Chauvin、Robert Grubbs 和Richard Schrock因他们关于置换反应（复分解反应）的工作而分享了当年的诺贝尔化学奖。本期Nature报告了一类基于钼的新型催化剂，它们能够以极高的效率和对映选择性催化烯类置换。这类新型催化剂有一个立体金属中心，并且只与单芽配体结合。它们的有效性通过白坚木生物碱“白坚木胺”的一个对映选择性合成过程得到了演示。该合成是通过一个烯类置换反应进行的，这个反应无法用以前所报道的任何一种催化剂来催化。

现代生物的最后共同祖先——“LUCA”
人们对进一步了解“LUCA”很着迷。所谓“LUCA”，是假设存在的最后一个普遍性共同祖先，现存所有生物都是从它繁衍来的。来自距今35亿-38亿年前的化石证据很少，所以寻找“LUCA”的人们依靠间接证据来获取关于“LUCA”的生物信息及环境信息。根据来自现存基因组的基因证据对先祖蛋白序列所做重建表明，“LUCA”所处环境很热，“LUCA”是嗜热生物。但核糖体RNA（rRNA）序列过去被认为与一个温度较低的环境相一致。一种新的“分子温度计”方法可能已经解决了这一明显的偏差。利用关于分子演化的最新数学模型对来自数百种现代物种的rRNA及蛋白序列所做分析表明，存在两个环境温度变化阶段。后来变成“LUCA”的生物先是嗜中温的，生活在大约60°C的水中，然后适应了较高的温度（高于70°C），产生了一个嗜热的共同祖先。随着之后海洋温度降低，细菌（Bacteria）和古细菌-真核生物（Archaea-Eukaryota）发生分化。

植物生存范围的入侵性扩展
当前的气候变暖阶段正在导致一些植物和动物的生存范围从较低的纬度和高度向较高的纬度和高度迁移。现在，对15个植物物种（包括以前已经表现出生存范围快速扩展的6个物种及9个相关的本地种）的生长状况所做的一项研究表明，向北-西欧扩展其生存范围的外来植物物种与本地种相比，暴露于地面下敌人和地面上广谱草食动物的机会都要少一些。这项工作所说明的一个问题是，生存范围向较高纬度和高度迁移的一些植物将是入侵性的，对温带及北纬地区的生物多样性有潜在的有害影响。

果蝇Y染色体上基因增加远远超过基因丢失
染色体组织在演化上基本上是稳定的。在果蝇中，超过95%的基因仍然保留在距今大约6300万年前分化的12个物种中的同一染色体臂上。然而，对Y染色体所做的一项研究显示，黑腹果蝇与Y染色体相关的基因中只有1/4在其他11个所测序的物种中也与Y染色体相关。与以退化及基因丢失为特征的哺乳动物Y染色体形成对比的是，果蝇Y染色体上的基因增加与基因丢失相比超过10比1。

神经冠细胞的运动接触抑制研究
细胞运动的接触抑制现象，是超过50年前首次在体外成纤维细胞中被发现的，研究人员认为，有缺陷的接触抑制是恶性细胞入侵中的一个因素。该现象是当两个细胞接触时出现的：它们会将其伸出的部分收回，并改变自己的运动方向。但这种抑制的分子基础、以及它是否也在活体出现仍然是存在争议的问题。现在，神经冠细胞（起源于胚胎的高迁移性细胞）的延时显微技术被用来在活体及体外演示运动的接触抑制，而且它可以解释它们的定向迁移。但当一个神经冠细胞与另一个细胞类型相遇时，它却没有显示运动的接触抑制，而是允许它入侵组织。

微RNA用于治疗心脏病的潜力
微RNA（调控基因表达的小型非编码RNA）已被发现在心肌细胞中表达，而且它们的异常调控与心脏病有关。Thum等人对其他心脏细胞中的微RNA会怎样影响发病进行了研究。他们发现，微RNA-21（miR-21）在小鼠心脏病模型的心脏成纤维细胞中被上调。这会激发一个信号通道，加重心脏组织的损伤程度。当利用一个特定的抗转录寡核苷酸（一个抗miR-21的antagomir）使miR-21沉默时，心脏衰竭可以防止。另外，在心脏衰竭已经出现后给小鼠施用抗miR-21药物，似乎可使组织损伤得到一定逆转。这项工作确认miR-21是心脏衰竭中的一个疾病目标，并且说明微RNA具有广泛的治疗潜力。

流感病毒NS1蛋白的结构
流感病毒的NS1蛋白是一个关键致病因子，它通过多种机制、包括双链RNA的结合和隔离来拮抗宿主的抗病毒反应。现在，研究人员利用在2004年越南禽流感爆发期间分离出的一个恶性H5N1禽流感病毒毒株，确定了全长NS1蛋白的结构。该分子的RNA结合区域与非H5N1毒株的RNA结合区域相比有微妙的差别，而效应子区域则有较大改变。这两个区域以某种方式发生相互作用，形成小管，后者可能会隔离双链RNA，从而让病毒躲过宿主的先天免疫反应。

Ncor1-Hdac3相互作用的生理功能
核受体共抑制因子-1（Ncor1）是组蛋白脱乙酰基酶-3（Hdac3）的一个激发因子，是胚胎生成所必需的，但其生理功能却不知道。现在，用缺失Ncor1的基因剔除小鼠所做实验表明，Ncor1-Hdac3相互作用的破坏引起时钟基因的异常调控，导致异常节律行为——睡眠-清醒周期接近23小时，而不是正常的24小时。由于能量消耗增加，这些小鼠还比正常情况下更瘦，对胰岛素更敏感。在活体中，一个功能性Ncor1-Hdac3复合物的失去，会改变几个代谢基因的振荡模式，说明代谢的节律性调控是正常能量平衡的关键。以Ncor1-Hdac3酶为治疗目标，在营养压力型疾病如肥胖症和糖尿病的治疗中，可能是一种具有高度特异性的干预手段。

12月19日《Science》

在“龛位”中观察白血病细胞
据12月19日的《科学》杂志报道说，在研究致命的白血病细胞在小鼠中是如何对循环系统进行攻击之后，他们已经找到了癌症细胞所支使的一种特别的蛋白质。这种蛋白质有可能成为一种治疗该种癌症的良好的标靶。 Angela Colmone及其同僚为了发现这一秘密对罹患白血病的活体小鼠进行了实时成像检测，并对白血病细胞是如何破坏健康的造血始祖细胞（ HPCs）的功能（ HPCs负责终身为机体提供健康的血细胞）进行了研究。研究人员观察到，白血病细胞通过挖掘进入小鼠的骨髓中，并在那里制造出一个能吸引 HPCs的“龛位”。这些恶性的龛位比小鼠的自然的龛位更能吸引 HPCs的注意力，从而使得血流中的 HPCs的数目减少，因此破坏了 HPC的正常功能。研究人员接着观察到，通过中和白血病细胞中的一种叫做干细胞因子的特殊蛋白，这样， HPCs就不再会跌入这一陷阱，因而避开了这些恶性的龛位。他们的这些发现仍然需要在人体中获得证实。但是这一对白血病细胞的新的观点提示可以有一种阻断 HPCs进入这些癌性陷阱的方法，因而有助于确保机体生产健康的血细胞。

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Article #16: "Leukemic Cells Create Bone Marrow Niches That Disrupt the Behavior of Normal Hematopoietic Progenitor Cells," by A. Colmone; M. Amorim; A.L. Pontier; S. Wang; E. Jablonski; D.A. Sipkins at University of Chicago in Chicago, IL.

 

雄性禽鸟从恐龙爹爹那里得到提示

  
据12月19日的《科学》杂志报道说，当今，在超过 90%的鸟类种系中，雄性禽鸟在照顾其后代时扮演着某种角色。现在，研究人员说，这种由父亲照顾后代的倾向实际上是在数百万年之前就已经开始了，它是由鸟类的远古亲族恐龙在其进化时遗传下来的习惯。 David Varricchio及其同僚对恐龙蛋与巢的化石数据以及这些已经绝种的生物的骨结构进行了检测。他们发现，三种特别的恐龙（他们全都与禽鸟密切相关）的雄性都属于仅由雄性来照顾其年幼后代的生物系统。这一对存在于恐龙中的由父系照顾后代的发现表明，这种抚养后代的方法在脊椎动物中具有深植的进化历史；它也意味着这种由雄性为主的繁殖系统发生在飞行起源之前。文章的作者提出，其它形式的双亲照顾，如现在在某些禽鸟中所见的由父母双亲进行照顾的类型一定是在不同的情况下进化而来的。最后，研究人员说，像这样的目标更为集中的研究加上考古学上的幸运发现可能会使人们最终揭露其它的鸟类特征（如鸟类的鸣唱或鸟类的呼吸等）的起源也是传承于某种特别的恐龙。由 Richard Prum撰写的一篇 Perspective对这一发现进行了更为详尽的解释。

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Article #10: "Avian Paternal Care Had Dinosaur Origin," by D.J. Varricchio; F.D. Jackson; J.J. Borkowski at Montana State University in Bozeman, MT; J.R. Moore at Texas A&M University in College Station, TX; G.M. Erickson at Florida State University in Tallahassee, FL; M.A. Norell at American Museum of Natural History in New York, NY.

Article #5: "Who's Your Daddy?" by R.O. Prum at Yale University in New Haven, CT.

 

《科学》的年度突破–细胞程序的重新设定
  
 
12月19日的《科学》杂志报道说，《科学》杂志在其年度十大科学突破名单中，将最高的奖项授予了对来自病人的细胞进行程序重新设定以生产“定做的”细胞系的研究。这些细胞系，以及产生它们的有关技术可提供人们理解及可能在某一天治愈很难研究的诸如帕金森氏病和 I型糖尿病等的寻求已久的工具。负责新闻的副主编 Robert Coontz说：“当《科学》杂志的作者和编辑开始着手挑选本年度最大的科学进展的时候，我们在寻找那些回答宇宙是如何运作的重要问题以及那些给未来的发现铺平道路的研究。我们首选的是细胞程序的重新设定，这项研究几乎在一夜之间开启了一个生物学的新的领域，它有希望成就挽救生命的医学上的进步。”接着是另外 9项科学成就。在这 9项中，除了排在第二的直接探测太阳系外的行星之外，其它各项并非按特意的顺序排列。

系外行星—眼见为实 :今年，天文学家应用特殊的望远镜技术将行星微弱的光线与恒星明亮眩目的光芒区分开来，他们第一次直接观察到了环绕其它恒星运转的行星。

癌症基因名单的扩充 :通过对来自不同癌症细胞（包括胰腺癌和胶质母细胞瘤这两种最致命的癌症）的基因进行测序，研究人员找到了数十种去除了细胞分裂制动闸的基因突变，这些突变使得细胞步上了癌变之路。

新型的神秘材料 :高温超导体是那些在无法言表的高温下能够没有阻抗地导电的材料。在 2008年，研究人员制造了一场轰动，因为他们发现了一个完整的由铁化合物而非铜及氧化合物组成的第二类高温超导体家族。

对工作中的蛋白质的观察 :生物化学家在今年遇到了重大的令人惊诧的事情：他们看到了蛋白质在与它们的标靶结合后，可转换某一细胞的代谢状态，并起到了促成某一组织特性的作用。可按需供应的再生型能源目标 :今年，研究人员发现了一种有前途的、具有产业规模的储存从兼时来源（如风能和太阳能发电）所产生的过剩电能的新工具。一种相对容易获得的钴磷催化剂可应用电力将水裂解，使其释放出氢气，而后者可反过来填加到燃料电池中而再次产生电力。

胚胎视频: 2008年，研究人员对一个正在发育中的胚胎内的细胞的舞动进行了史无前例的仔细观察，他们对组成斑马鱼胚胎的大约 1万 6000个细胞的运动进行了追踪，并对追踪的电影进行了纪录和分析，该胚胎处于发育一天后的时候。

得以阐明的“好的”脂肪 :在一项可能对治疗肥胖症提供新方法的研究中，科学家们发现，他们可以将“好的”褐色脂肪（它可以燃烧“坏的”白色脂肪来为身体产热）转变为肌肉，反之亦然。

计算物质世界的重量 :物理学家现在手上掌握了计算数据，这些数据显示标准模型（即描述大多数可见宇宙中的粒子及其相互间的作用的标准模型）可精准地预测质子和中子的质量是多少。

更快、更廉价的基因组测序 :研究人员在今年报导了一批（从长毛猛犸象到癌症病人的）基因组测序的研究，这些研究借助了不同的测序技术。这些测序技术比那些用于第一次人类基因组测序的技术要快速和廉价得多。

12月16日《PNAS》

无铂燃料电池

几乎所有的现代燃料电池是由一张聚合物膜分隔两个电极制成的。由于燃料电池的这张膜（为了控制电池内的化学反应）几乎总是酸性的，电极必须用铂或其他稀有和昂贵的金属制成，这导致了制造成本上升。庄林及其同事在他们的原型聚合物燃料电池中使用了一种碱性膜，它不含有贵金属。此前也制造过一些碱性膜燃料电池，但是为了实现合理的功率输出，这些早先的设计需要正极用铂制成。这组科学家设计并制造了一种高性能膜，电池使用银的正极和镍的负极。他们定制了镍电极的表面电特性，从而让电池输出功率最大化。尽管这种原型电池的功率输出不大，这组科学家认为这是通向新一代低成本燃料电池的第一步。

论文 #08-10041: "Alkaline polymer electrolyte fuel cells completely free from noble metal catalysts," 作者 Shanfu Lu, Jing Pan, Aibin Huang, Lin Zhuang和 Juntao Lu

媒体联系人：庄林，中国武汉大学化学系

Department of Chemistry, Wuhan University, Wuhan, CHINA

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大乌贼受到二氧化碳增加的挤压

科学家报告说，增加大气二氧化碳可能改变太平洋中最大的捕食者之一的洪堡乌贼的新陈代谢和行为。洪堡乌贼（Dosidicus gigas）见于太平洋热带东部地区，重量可达50公斤。Rui Rosa和Brad Seibel收集了来自加利福尼亚湾的洪堡乌贼，从而调查变化的氧气和二氧化碳浓度导致的海洋酸化对动物的影响。此前的研究提示，气候变化可能导致海洋中的二氧化碳增加，并形成碳酸。在他们的船上进行的流动腔实验中，这组作者发现洪堡乌贼可以减缓它们的新陈代谢，仅使用非常少量的氧。这种乌贼因此可以在白天下潜到水下175米的缺氧区域。在夜间，这种乌贼依靠海面附近富含氧气的海水。然而，预计到2100年海面的海水具有更高的二氧化碳浓度，这可能改变深处的低氧海水和表面酸化海水之间的可生活窗口。这组科学家说，结果将是这种乌贼可能变得昏睡，因此更容易被捕食者捕获，比目前更难抓到猎物，这可能迫使它们迁徙到别处。

论文 #08-06886: "Synergistic effects of climate-related variables suggest future physiological impairment in a top oceanic predator," 作者 Rui Rosa 和 Brad A. Seibel

媒体联系人： Rui Rosa，葡萄牙里斯本大学海洋实验室

Rui Rosa, Laboratório Marítimo da Guia, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Lisbon, PORTUGAL

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家马的个体识别

根据一项新的研究，家马可能有能力通过聆听个体动物的呼叫从而识别出它们自己群体的一个成员。Karen McComb及其同事观察了24匹马对其他马的呼叫的响应，从而弄清它们是否具有类似于人类用于识别家族成员声音的交叉模式认知过程。这组作者的模型是基于一个人同时记起贮存的一个人的独特的声音、视觉和嗅觉信息的能力。在这项实验中，这组科学家把马群的一个成员带出视野，然后通过扬声器播放了被带走的这匹马的呼叫，然后又播放了另一匹马的呼叫，同时对马的个体进行分析。这组科学家证明了当马见到一个马群成员，然后听到另一匹马的呼叫的时候，它们在听到和此前见到的马不匹配的呼叫的时候的反应更快、朝呼叫发出的方向的观察时间更长。这组科学家提出，不同的马的声音与储存的此前看到的马群成员的感觉信息相冲突，这破坏了受试马的预料。这组作者说，该研究提供了非人类动物可以通过结合多种感觉信息从而识别个体发音的一个例子。

论文 #08-09127: "Cross-modal individual recognition in domestic horses (Equus caballus)," 作者 Leanne Proops, Karen McComb和David Reby

媒体联系人：Karen McComb，英国苏克塞斯大学心理系

Department of Psychology, University of Sussex, East Sussex, UNITED KINGDOM

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媒体联系人：Leanne Proops，英国苏克塞斯大学心理系

Department of Psychology, University of Sussex, East Sussex, UNITED KINGDOM

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生物燃料生产的农业成本

增加美国的玉米产量可能增加生物燃料生产，但是也可能减少对大豆蚜的控制，因此会减少大豆的栽培。

论文 #08-04951RR: "Increasing corn for biofuel production reduces biocontrol services in agricultural landscapes," 作者Douglas Landis, Mary Gardiner, Wopke van der Werf和Scott Swinton

媒体联系人：Douglas Landis，密歇根州立大学昆虫学系

Department of Entomology, Michigan State University, East Lansing, MI

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调控海洋碳循环

更温暖的海洋温度意味着在海洋上层的营养和水生生物更少，这可能减少海洋对大气二氧化碳的扣押。

论文 #08-11302: "The role of nutricline depth in regulating the ocean carbon cycle," 作者Pedro Cermeńo, Stephanie Dutkiewicz, Roger P. Harris, Mick Follows, Oscar Schofield和 Paul G. Falkowski

媒体联系人： Paul Falkowski，罗格斯大学海洋和海岸科学研究所

Institute of Marine and Coastal Sciences, Rutgers University, New Brunswick, NJ

电话：732-932-6555 x379

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