《PNAS》八大热点文章

第一项成果由中国科学院南京地质学与古生物学研究所完成，报告了保存在火山灰中的一片古代森林提供了此前未知的关于将近3亿年前的植物生态系统的细节。

　　

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、物理和社会科学，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：

Permian vegetational Pompeii from Inner Mongolia and its implications for landscape paleoecology and paleobiogeography of Cathaysia
PNAS 2012 ; published ahead of print February 21, 2012, doi:10.1073/pnas.1115076109

这项研究由中国科学院南京地质学与古生物学研究所完成，报告了保存在火山灰中的一片古代森林提供了此前未知的关于将近3亿年前的植物生态系统的细节。

大约3亿年前，内蒙古乌达大地上生长着一片生机盎然的原始森林，那里长满了各种植物。原本大家都“安静”地生活着，但是几十公里外的火山突然喷发了。这是一座“暴脾气”的火山，持续喷发了两天，厚厚的火山灰飘到了这片森林里，所有的树木瞬间被“封”住了。这一切，和1713年考古学家发现的意大利“庞贝城”极其相似。中科院南京地质古生物所王军博士在乌达煤田发现的这座“植物庞贝城”里，不仅发现了新的植物品种，对探测现代植被随气候变换的趋势也有重要参考价值。

十多年来，研究人员先后对森林面貌进行了三维重建，“植物庞贝城”的“模样”渐渐展现在大家的面前：位于贺兰山西北角，保存面积大约20平方公里。大约3亿年前，当时地球正处于冰室向温室过渡时期，气候越来越暖，石松类、有节类、瓢叶类、蕨类、原始松柏类、苏铁类等六大植物群生活在这里。蕨类植物构成了森林的主体，高层植被由原始松柏类科达或石松植物封印木构成；底层植被包括有节类植物楔叶和星叶等。

按照达尔文的进化论，更高等的生物总会比低等生物更能适应环境的变化。但是在“植物庞贝城”中，却有了一个“颠覆性”的发现，那就是在有些地区，高等的裸子植物居然被低等的孢子植物“赶尽杀绝”了。更令人惊奇的是，科研人员甚至发现了一种已经灭绝的孢子植物瓢叶类拟齿叶的完整标本。

王军和他的研究团队根据三维复原图，制作了一张远古森林的实际复原图，这也是世界上迄今为止唯一一张。当然，光制作出实际复原图还远远不够，王军和他的研究团队还有一项重要任务：探测现代植被随气候变换的趋势。现在地球正步入温室效应中，在这样的气候背景下，植物们该如何适应？会不会有植物出现灭绝？

“植物庞贝城”所属的气候环境和现在很类似。植物化石的变化，往往是这一时期环境及气候变化的最好证据，因此，对这些化石证据进行“解密”将有助于揭开全球变暖之谜，对探究现代植被随气候变换的趋势也具有重要的参考价值。

Severe mammal declines coincide with proliferation of invasive Burmese pythons in Everglades National Park
PNAS 2012 ; published ahead of print January 30, 2012, doi:10.1073/pnas.1115226109

对马的一项遗传分析提示，所有现代马的共同的雌性祖先可能生活在13万年到16万年前之间。由于人类历史上关于马的驯化的考古学和遗传学的证据并不完整，Antonio Torroni及其同事分析了来自亚洲、欧洲、中东和美洲的现代马的83个线粒体基因组，这些基因组仅仅继承自母马。在这些基因组中，这组作者发现了18个主要的遗传集群，称为单倍群，每一个单倍群都是由具体的突变定义的。

作者报告说，所有这些单倍群看上去都来自大约14万年前的祖先母马。与牛和羊等大约1万年前仅仅在几个地点起源于少数驯化动物的现代牲畜不同，现代马的大量单倍群提示母马的驯化发生在欧亚大陆的许多地方。这组作者说，现代马的单倍群的分子分辨率如此之高的精确度可能有助于对保存完好的马化石进行分类，重新评估包括纯种马在内的现代马品种的世系，并评估线粒体基因组对赛马表现的影响。

Experimental evolution of multicellularity
PNAS 2012 109 (5) 1595-1600; published ahead of print January 17, 2012, doi:10.1073/pnas.1115323109

来自美国明尼苏达大学等处的研究人员通过单细胞酿酒酵母的实验研究，发现酵母细胞集群比单个细胞在液体中的定居速度更快，这说明从单细胞到多细胞的转变的最初关键步骤的进化速度可能比此前认为得更快。

研究人员首先发现酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）生活在一种特殊环境中——在这种环境中，多细胞被认为是一种适应性的性状，这是建立在一个事实的基础上，即酵母细胞集群比单个细胞在液体中的定居速度更快。

在60天的快速定居选择中，全部实验酵母种群都以多个附着细胞的雪花样集群为主，这是由在细胞分裂之后仍然相互粘着的细胞形成的。这种集群显示出了几种多细胞性状，包括通过产生雪花样子代集群的多细胞“生殖芽”进行繁殖以及一个幼年阶段的出现。

当定居选择的强度发生变化的时候，雪花酵母通过在多细胞层次而非单细胞层次上对变化进行了适应，这表明整个细胞集群作为一个整体进行进化。研究人员还发现集群内部的劳动分工的进化：大多数细胞仍然活着并能进行繁殖，但是少部分细胞进行了程序细胞死亡，或者说细胞凋亡。凋亡的细胞起到了多细胞集群中的断裂点的作用，让雪花酵母调控它们产生的后代的数量和尺寸。这些发现提示多细胞复杂性的关键特性可以在一种单细胞真核细胞中容易地进化出来。

这项研究证明了多细胞化能如此快速的进行，从那些化石记录中，我们了解到无论何时进化成多细胞的这个过程都是一个漫长的时期，而这项研究表明这个过程其实很快。

PNAS Plus: Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields
PNAS 2012 ; published ahead of print February 13, 2012, doi:10.1073/pnas.1117774109

生命的起源一直都是科学家们研究的焦点课题，目前普遍认为生命起源于海洋，但是来自美国NCBI，德国奥斯纳布吕克大学等处的研究人员通过分析细胞关键离子的比例，指出了细胞离子浓度的问题，从而提出海洋不具备细胞生成的成分要求，反而是内陆很可能是起源地。

研究人员分析了细胞的化学成分，指出所有细胞中含有的钾，磷和过渡金属的含量，都比现代海洋（或者重构原始海洋），湖泊，以及河流中的含量高得多，而细胞是通过一种成熟的，依赖于能量的膜蛋白酶保持内部离子的浓度。首个生成的细胞即没有能锁定离子的细胞膜，也没有膜蛋白泵，那么只能与环境保持平衡了。

因此研究人员认为现代细胞中的离子构成也许反映了原型细胞（protocells）起源地的无极离子构成。从而研究人员就尝试重构首个细胞生成的“孵化地”，他们发现原型细胞很可能是在内陆装配起来的，在类似于今天的黄石国家公园的地热区里，火山活动把来自地球内部的蒸汽释放出来，这些排放的化学成分最符合细胞的无机化学组成。

Exercise training increases size of hippocampus and improves memory
PNAS 2011 108 (7) 3017-3022; published ahead of print January 31, 2011, doi:10.1073/pnas.1015950108

一项研究发现，有氧运动能改善老年人的记忆丧失，并且可能阻止衰老过程中的认知衰退。此前的研究已经证明了大脑的海马区在成年期的后期自然地缩小，这削弱了记忆并增加了痴呆的风险。

Arthur F. Kramer及其同事研究了对60位55岁到80岁的健康成年人在为期一年的有氧锻炼项目之前、之中和之后的大脑扫描。这组作者报告说，在该研究期间，每周进行3次每次40分钟的行走的受试者的前海马的体积增加了大约2%。参与伸展运动的对照组成员的海马区体积减少了1.4%，这符合正常衰老。这组科研人员推测，有氧运动提升了来源于脑的神经营养因子在血清中的浓度，神经营养因子是一种天然产生的化合物，它帮助产生新的脑组织并在形成新记忆方面起到关键作用。这组作者说，该研究证明了到成年期的晚期前海马区仍然保持相对活跃状态，而且有氧运动——即便在老年才开始做有氧运动——能够帮助避免与年龄有关的认知衰退。

A long noncoding RNA regulates photoperiod-sensitive male sterility, an essential component of hybrid rice
PNAS 2012 109 (7) 2654-2659; published ahead of print January 30, 2012, doi:10.1073/pnas.1121374109

来自华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和国家植物基因研究中心的研究人员日前成功克隆出了控制水稻光敏感核不育的基因pms3，这一研究成果对于加速水稻“两系”不育系的培育，促进作物杂种优势利用研究的发展具有非常重要的意义。

研究人员发现控制水稻光敏感核不育的基因pms3是一个长链非编码RNA。光敏感核不育水稻与正常水稻品种在pms3区间存在一个碱基的突变。该基因表达受光周期调控，在长日条件下，pms3基因的正常表达对花粉发育至关重要。

光敏感核不育水稻pms3的克隆和功能分析的研究成果，揭开了水稻光敏感核不育基因的奥秘，可以直接应用于水稻两系不育系的培育，加速“两系”杂交稻的培育，促进作物杂种优势利用研究的发展。同时，pms3是水稻中第一个发现并进行了功能研究的长链非编码RNA，这一结果为植物非编码RNA的功能研究打开了一扇窗。

Antiangiogenic agents increase breast cancer stem cells via the generation of tumor hypoxia
PNAS 2012 109 (8) 2784-2789; published ahead of print January 23, 2012, doi:10.1073/pnas.1018866109

抗肿瘤药物贝伐单抗和舒尼替尼都是通过阻断血管生长而发挥疗效的。但近期的乳腺癌疗效临床研究显示，此类抗血管生成类药物用药后具有高复发率及肿瘤转移等特点，对乳腺癌患者的疗效相当有限，因此不久前美国FDA停止了抗血管生成类药物用于乳腺癌治疗的授权。

现在美国Michigan大学肿瘤中心的Wicha博士带领的研究小组，试图解释抗血管生成类药物疗效不佳的原因。他们通过在肿瘤移植物中引入低氧环境等研究手段，发现抗血管生成类药物贝伐单抗和舒尼替尼能借助HIF1a蛋白因子，而诱导肿瘤干细胞的生长。缺氧所导致的肿瘤干细胞生长，限制了抗血管生成类药物（如贝伐单抗和舒尼替尼）的抗肿瘤效果；而要使抗血管生成类药物达到理想的抗肿瘤疗效，联合应用针对肿瘤干细胞的药物才可能取得预期效果。

Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost
PNAS 2012 ; published ahead of print February 21, 2012, doi:10.1073/pnas.1118386109

研究者从西伯利亚冰下的3万年前的果实组织中重新培育出了一种有繁殖能力的开花植物。

科研人员从埋在西伯利亚冰下的3万年前的果实组织中重新培育出了一种有繁殖能力的开花植物。永冻土——覆盖了地球表面将近20%的一层厚数百米的冰——包含了一大批生物的残骸，其中许多生物已经被科研人员复活了。然而，迄今为止，在这些永冻土沉积层中还没有找到能够成活的开花植物。David Gilichinsky及其同事从埋在西伯利亚东北部Kolyma河岸附近的永冻土沉积层中的一种北极大松鼠的一个化石洞穴中发掘出了更新世草本植物Silene stenophylla的果实和种子。根据这组作者的放射性碳测年分析，他们发现保存在地下38米的零下温度中的这些沉积物是3万年前的。由于这些松鼠的储藏室留住了冰楔和冰冻的沉积物，这组作者提出，这些松鼠的储藏被迅速冰冻而且在没有解冻的情况下保存。

通过组织培养和微繁殖，这组作者用发掘出的果实的胚胎组织再生了有繁殖能力的Silene stenophylla，并把这种植物移栽到了实验室的盆中，一年之后，它们开花、结果并且有了种子；这种再生的植物和现存的S. stenophylla植物是明显不同的表现型。这组作者说，永冻土沉积层可能是一个长久以来被认为灭绝了的野生植物物种和古代基因库的丰富来源。

（生物通：万纹）