本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

2月4日Nature

封面故事：雾气中的蜘蛛网
在有雾的早晨，蜘蛛网会闪闪发光，这表明它们能以很高效率从潮湿空气中收集水滴。对草间蜘蛛（Uloborus walckenaerius）的网所做的一项研究显示，这种能力取决于蜘蛛网湿了之后所发生的一个结构变化。“湿后重构”的纤维以周期性纺锤节为特征，后者由随机的纳米纤维构成，被排列整齐的纳米纤维结点分隔开。这种结构在纺锤节和结点之间产生一个表面能量梯度，并在作用在与纺锤节或结点相接触的水滴上的压力上产生一个差别。这样可以确保水能在结点周围不断凝结，然后被输送到纺锤节上，在那里它能积聚成悬挂起来的大水滴，如本期封面所示。模仿变湿的蛛丝结构的一种人造丝也能从薄雾中收集水滴。这项研究对于设计能从雾气中收集淡水或在工业过程中过滤液体气溶胶的功能性表面的工作可能会有启发。

导致肥胖症的基因突变
肥胖症是一种具有高度遗传性的疾病，但迄今所报告的遗传关联性只能解释身体质量指数遗传变化的很小一部分。两个小组报告了染色体16p11.2上所发生的基因删除，它们也许可解释所谓“高外显率”突变中部分“缺失的遗传性”。这类突变很罕见，但一旦存在，就会以非常高的频率被与严重肥胖症联系起来。这跟与临床症候联系不是很密切的更为常见的基因缺陷形成对比。Bochukova等人在300个患有严重早发性肥胖周的患者身上发现了罕见的复发性版本数突变体，它们是由涉及包括SH2B1（已知参与“莱普亭”和胰岛素的信号作用）在内的几种基因的删除造成的。这些患者很多还患有神经发育症。Walters等人在31个患有一种以前未被识别出的极端肥胖症的患者的染色体16p11.2上识别出至少593个千碱基对的删除。他们用来识别病灶的策略（利用数量较少的、表现型较好的极端表现型人群进行研究，继之以定向全基因组关联研究和“population cohort”研究）有望作为一种手段，来识别更具普遍性的复杂代谢疾病中“缺失的遗传性”。

流感病毒蛋白的两面性
当前的H1N1流感病毒对成熟的抗病毒药物金刚胺和金刚乙胺有抵抗力。这两种药物以M2蛋白为作用目标，该蛋白是一种多功能跨膜质子通道。这个通道的结构一直是一个有些争议的话题，因为M2通道一部分的X-射线晶体结构所显示的电子密度相应于微孔N-端那一部分的单一金刚胺分子，而该通道更大一部分的溶液NMR结构则显示有四个金刚乙胺分子结合到螺旋体C-端朝向类脂的表面上。现在，随着处在一个磷脂双层中的M2通道的高分辨率结构（该结构利用固态NMR光谱获得）的发表，这个问题似乎已经解决。该结构显示金刚胺有两个结合点：N-端通道腔中一个高亲和度点和C-端蛋白表面上一个低亲和度点。这项工作对于新兴抗流感药物的开发可能会有价值（这是一个重要目标，因为2009年的季节性流感病毒对金刚胺是敏感的，但对“达菲”（Tamiflu）却有抵抗力），这便提出一个可能性：将来可能会出现多种抗药性病毒类型。

支配细胞命运的机制
胚胎干细胞的分化既需要对自我更新进行抑制，又需要对一个特定的分化通道进行激发。被称为微RNA（miRNA）的小型非编码RNA作为支配细胞命运的重要物质正在被人们所认识。现在研究发现，一种名为“let-7”的著名miRNA负责抑制胚胎干细胞中的自我更新程序。这种抑制可以被一组“胚胎干细胞调控型miRNA”（称之为ESCC miRNA，它们调控细胞周期）逆转，说明“let-7”和ESCC miRNA之间的互动提供一个能够支配细胞命运的机制。

光合作用中的量子效应
光合作用中最令人着迷、被研究最多的特征之一是能量在光合作用复合物中进行传输的极高效率。一项新的光谱研究，通过直接显示室温下在来自Chroomonas CCMP270海藻的5-纳米宽的光合作用蛋白上电子激发的量子相干共享，证实了人们早先提出的量子效应可能在其中发挥作用的暗示。观察表明，这些蛋白内相距较远的单元被量子相干连接在一起，以增强集光效率。

马达加斯加的哺乳动物最初乘木筏而来
马达加斯加有一个非常引人瞩目而又非常奇特的动物区系。虽然马达加斯加的哺乳动物与非洲哺乳动物有远亲关系，但它们显然已经孤立进化了数千万年。它们的祖先是怎样到该岛上的？1940年，杰出的古生物学家George Gaylord Simpson提出，哺乳动物是乘坐木筏随波逐流从非洲到达那里的，这就是所谓的“Sweepstakes”假说。这个假说可解释本地动物区系的古怪特点——只不过洋流是向相反方向流的，即是朝着非洲方向的，而不是远离非洲方向的。但认为马达加斯加和非洲大陆陆地直接相连的另一种解释也被排除了，因为马达加斯加在哺乳动物开始它们演化旅程时是一个岛屿。Jason Ali 和 Matthew Huber提出了解决这一问题的一个办法：对始新世（距今超过5000万年前）时的洋流所做的一项重建工作表明，在一段短暂的时期内，洋流的确是从西向东流的，从而使得动物能够通过木筏到马达加斯加定居。

人类与老鼠的共同之处
Edvard Moser及其同事发现，大鼠和小鼠拥有关于它们周围环境的一个方向图，是由被称为“网格细胞”的大脑皮层神经元产生和更新的。该发现是近年来最为激动人心的神经科学发现之一。这些细胞为自我定位提供了一个周期性非常强的表述。这便自然引出一个问题：人类是否也有一个类似机制？Christian Doeller、Caswell Barry 和 Neil Burgess的一篇论文为这个问题提供了答案。在这项研究中，他们将自由运动大鼠网格细胞的单元记录与在虚拟环境中穿行的人的全脑磁共振成像（fMRI）结合在了一起。Doeller等人能够检测到代表一个人在虚拟现实环境中位置的宏观fMRI信号，该信号符合定义网格细胞编码的标准。所以，人类似乎是用一种与啮齿类动物非常像的方式来表示位置和支持空间认知的。

2月5日Science

一种带羽毛恐龙的颜色
  
  
据2月5日的《科学》杂志报道说，科学家们应用羽毛化石的放大的照片重建了Anchiornis huxleyi（赫氏近鸟龙）这种恐龙的可能的色彩。 这种来自晚侏罗纪（距今约1亿6000年至1亿5000年）的两腿恐龙看来有着一个深灰色或黑色的身体，其翅膀上有着长长的有黑边的白色羽毛。 其头部可能有着锈色斑点，并凸显出一个长长的锈棕色的顶冠。 Quanguo Li及其同僚分析了在中国最近发现的一个Anchiornis huxleyi 的部分骨骼样本的扫描电子显微镜照片。 该照片显出了多种被称作黑色素体的细胞器，其中含有黑色素这种色素。 其它的分子色素，如类胡萝卜素也会使羽毛着色，但在这些羽毛化石中没有发现有这些色素的证据。 在当代的生物中，产生黑色和灰色的黑色素体通常长且窄，而产生锈红色及棕色的色素体则短而宽。 文章的作者分析了羽毛化石中黑色素体的形状和密度，并将其与现代鸟类的羽毛进行了比较以确认Anchiornis huxleyi的颜色。据文章的作者披露，其羽毛的色彩模式与现存的多种鸟类近似，其中包括驯养的水禽。 由于Anchiornis先于活跃而且强有力的飞行的演化，因此，文章的作者提示，在羽毛的早期进化中，发放信号和展示可能与空气动力学同样重要。

基因改良 – 一种新的欺骗方式

据2月5日的《科学》杂志报道说，在运动中通过服用禁药而欺骗通常可因为药理学和生理学的进步而达到目的。 但随着新的基因改良方法的出现，研究人员呼吁科学界告诫运动员与这些非常不完善且危险的技术有关的可能出现的危险。 在一则Policy Forum中，Theodore Friedmann及其同僚重点介绍了基因疗法和其它的基因改良方法将会使或已经使国际性的竞赛运动（如奥运会）变得复杂。 文章的作者讨论了用来探测运动员中进行基因操纵的某些强有力的新方法。World Anti-Doping Agency会考虑应用其中的某些方法。 他们还对互联网上针对希望提高运动成绩的运动员所作的行销活动进行了曝光。 基因疗法的市场行销已经出现在World Wide Web上，而其广告则聚焦于这些治疗将如何“改变肌肉的基因”或“激发你的会增加肌肉的基因物质”。 Friedmann及其同僚坚称，这种市场行销是一种对那些希望在运动中不要掺有基因改良的人来说非常令其感到担心的事件，而科学家们在这些事情中也绝非只是旁观者。 他们说，全球的市场已经准备满足那些希望提高运动成绩的药物的市场需要，它们将不可避免地纳入那些未经测试及没有监管的产品，并会夸大其效果。 人们将依赖科学界来维持并执行有关基因疗法技术的临床研究之国际性伦理法则。

有高度生命力的蟾蜍的7种习性
  
  
据2月5日的《科学》杂志报道说，新的研究也许能够解释蟾蜍为什么能够在仅仅5500万年之中就能够在大部分的陆地生根繁殖。 蟾蜍科中已知的品种有500个左右，它们在全世界占据着多种不同的栖息地。 有些蟾蜍（如五彩蟾蜍）存在于小面积的地区，它们非常脆弱；另外有些蟾蜍（如甘蔗蟾蜍）则以它们的适应能力及一种 异常快的速度来扩大其活动范围而著称。 Ines Van Bocxlaer及其一个国际性团队的同僚对与蟾蜍地理分布范围有关的不同特性的进化史进行了重构，并发现了7种可能使蟾蜍能够扩大其活动范围的特性。 文章的作者报告说，比如，那些无需依赖永久的有水环境或潮湿空气的成年蟾蜍会有较大的分布范围。 那些能够在不同的水体中产卵的蟾蜍，那些幼体能够从环境中而非从其母体摄取食物的蟾蜍，以及那些产卵数较多的蟾蜍都可能会有较为广泛的分布。 文章的作者提出，大多数的原种蟾蜍都累积有这些特性，从而建立了一种可使该群体扩大和发散的“分布区扩大的表型”。 除了能够解释这些物种在远古时期的发散之外，这一研究的框架可帮助解释当代的扩散性物种（如甘蔗蟾蜍）的进化背景。

迁徙性昆虫泄露了它们的秘密
  
 
  
据2月5日的《科学》杂志报道说，新的研究打消了人们认为的昆虫的迁徙只不过是受到风力的驱使的想法，它披露了这些昆虫的飞行行为的复杂性类似于鸟类的迁徙飞行。 根据所搜集到的雷达对天空中迁徙飞行的昆虫进行扫描的数据，Jason Chapman 及其同僚显示，在高空飞行的蛾子和蝴蝶能够选择有利的风向并纠正其方向的偏移，这些策略可使昆虫所覆盖的地面最大化，并使它们的飞行时间得到最佳化。 研究人员还说，人们了解并预测这种迁徙策略的能力会变得越来越重要，因为许多迁徙飞行的昆虫是农业上重要的害虫，并且随着全球气候的变化，这些昆虫越来越多地向更北的纬度迁飞。 研究人员将在夜间高空飞行的迁徙性飞蛾的飞行行为放到一个模拟无生命、靠风传播的颗粒的模型之中，旨在评估这些昆虫所用策略的功效。 Chapman及其同僚观察到，飞蛾在8小时的时间段内可比漂移的颗粒平均多飞行约60英里（100公里），而且总的来说，这些飞蛾所飞行的距离要多出40%。 综上所述，这些结果证明，迁徙性的昆虫能够选择快速、有利的季节性顺风来进行它们长距离飞行中的大部分。

一次一个分子地处理白血病的问题  
 
  
据2月3日的《科学 - 转化医学》杂志报道说，一项新的研究发现了25种分子，它们中的每一种都可能是针对白血病的一种治疗靶心。 该发现可帮助科学家们研发针对罕见的白血病干细胞的有效治疗方法。这些白血病干细胞不仅对化疗具有抵抗力，而且被认为是造成发病率高而且通常是致命的白血病复发有关。 白血病干细胞出现在急性髓细胞样白血病的患者体内，这是成年人所患的最常见且非常难治愈的一类白血病。在这项研究中，Yoriko Saito及其同僚着手于发现存在于白血病干细胞但不存在于正常血液干细胞中的分子；这是一个棘手的尝试，因为白血病干细胞与正常血液干细胞之间存在着许多相似之处。

研究人员将来自病人的白血病干细胞和健康人的血液干细胞进行提纯。他们用微阵列基因芯片的检测方法来比较白血病干细胞和正常血液干细胞所表达的所有的基因。 他们发现，有25种分子在白血病干细胞中具有高度的表达，但却在正常的血液干细胞中没有表达；从而表明，这些分子可作为独特的标记物来精确查找可能是造成急性髓细胞样白血病复发根本原因的白血病干细胞。 通过更密切的观察，研究人员发现，在这25种分子中，有2种看来会是最有可能成为防止疾病复发的药物标靶（人们发现，这些分子存在于超过半数的61名被筛检病人的白血病干细胞之中）。 这些特别分子的另外2种特性凸显了它们成为良好治疗目标的潜力：它们像藤壶一样，即使是在应用某种一般性的化疗药物之后，这些分子仍然会与白血病干细胞粘在一起；而且抑制这些分子不会干扰正常血液细胞的发育。