本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

10月12日《Nature》

封面故事：埃塞俄比亚的狼

埃塞俄比亚狼Canis simensis是一种专门的食肉动物，只见于埃塞俄比亚7个孤立的山坳中，以啮齿动物为食。它们过着群居生活，有复杂的社会组织。1992年和2003年曾经爆发过狂犬病，使Bale山区这种狼的种群数量大大减少，现存个体少于500只。在当地进行的、作为“埃塞俄比亚狼保护计划”（http://www.ethiopianwolf.org）组成部分的研究工作，其内容包括采用接种免疫的办法来保护狼群，该策略有可能成为其他保护项目的一个重要模式。该策略的目的是，仅利用覆盖面较低的接种免疫方法来控制通过各分种群之间的生境走廊进行的疾病传播。该方法可降低狂犬病的爆发程度，并且应能明显增加种群的长期存活机会。（Letter p. 692）封面摄影：Martin Harvey（http://www.wildimagesonline.com）

两个Bcl-2家族成员的新作用

Bcl-2家族成员是怎样调控细胞程序死亡（细胞凋亡）的是一个受到深入研究的课题。Karbowski等人发现，两个Bcl-2家族成员在健康细胞中有一个新的、未曾料到的作用。Bax 和 Bak在正常细胞中是线粒体向伸长的细管中融合所必需的。这一发现对了解Bax 和 Bak在细胞凋亡过程中所起作用有参考意义，在该过程中，它们与线粒体融合调控因子Mfn2 和 Drp1处在同一位置。

真菌独有伸长因子eEF3的晶体结构

核糖体含有三个与tRNA结合的点。A点接待前来的、酰化的tRNA；P点含有生长的氨基酸肽链要附着在其上的tRNA；去酰化的tRNA在与核糖体分离前处在E点上。对真菌来说，需要第三个伸长因子eEF3来帮助E点tRNA的释放，并允许tRNA 在A点的结合。这个现象是真菌独有的。由于eEF3是真菌独有的，它被认为是杀菌剂的一个绝好的攻击目标。Andersen等人已经确定了酵母eEF3单独存在时和在核糖体上时的晶体结构，并且分别获得了它们的冷电子显微重建结果。该成果为了解eEF3的功能提供了线索，并且为基于结构的抗菌药物的设计提供了一个出发点。

有氧光合作用与大气中氧含量

地球上大气氧水平首次显著增加（被称为Great Oxidation）被认为发生在有氧光合作用出现之后至少3亿年，但关于这一时间延迟的原因仍然不确定。Goldblatt等人利用一个关于全球氧化-还原体系的新的概念模型发现，在有氧光合作用出现之后，大气氧水平有可能保持在一个较低的或较高的稳定状态。Great Oxidation可能是由一个较小的环境变化诱发的这些状态之间的一个转变。该模型表明，单独有氧光合作用一个因素不足以造成一个氧含量丰富的大气层。所以，在没有其他因素的情况下，地球的大气层也许只含有几个ppm的氧，不到我们今天所习惯的大气氧含量的21%。同样，我们可以比较有把握地认为，有氧光合作用是有可能在大气中氧含量较低的行星上出现的。

哺乳动物的定数

哺乳动物物种在这个地球上似乎有一个定数，即存在大约250万年后就会灭绝。物种为什么具有这样一个特征的预期寿命是一个令人困惑的事情。对来自西班牙的一个非常长（2200万年）的、详细的啮齿类动物化石序列所做的研究表明，物种的出现与消失集中在所谓的“周转事件”（turnover events）中，这些事件以大约100万至240万年的固定周期发生。这些周期的持续时间和发生时间，相应于地球-太阳距离变化周期的持续时间和发生时间、以及被认为造成Milankovitch气候周期的地轴倾斜度变化周期的持续时间和发生时间。将物种灭绝周期与气候联系起来的结果，与1985年由耶鲁大学古生物学家Elisabeth Vrba提出的“周转脉冲”假说是一致的，该假说是通过假设在环境变化诱发迅速的物种灭绝和物种形成之前物种保持稳定来解释物种存活时间的。

与昆虫眼睛演化有关的基因

Kevin Moses在一篇“News and Views”文章中说，我们并不能经常看到演化是怎样发挥作用的。他所指的是，从古代苍蝇和如蜜蜂及甲虫等一些现代昆虫的复眼（在这种复眼中，感光细胞或称感杆是融合在一起、作为一个整体发挥作用的）向果蝇和家蝇眼睛中那种类型的结构（其中的感杆是分开的、独立发挥作用的，所以晶状体的每个面感觉到的是七个点的光，而不是一个点的光）的转变。Zelhof等人识别出了感杆组合体中所涉及的三个基因。其中一个名叫spacemaker的基因的丢失，可将果蝇的开放体系转变成一个封闭的或融合的感杆体系。
控制脑部血流量的另一机制

非入侵性成像技术是通过探测向活跃的神经细胞供应额外的葡萄糖和氧的血流量的增加来显示大脑中活跃部分的。此前，人们一直假设，血流量是由被称为细动脉（arteriole）的大血管周围的平滑肌的收缩来控制的。现在，研究人员发现了另一层次的血流量控制，是在细动脉的下游进行的。这种控制是由被称为“周围细胞”的小细胞施加的，它们包裹在靠近活跃神经细胞的毛细管周围。“周围细胞”是通过挤压毛细管以减少通过它们的血流量来发挥作用的，它们很可能与在脑成像技术中所探测到的信号有关，并且还可能为脑血流疾病的治疗提供一个目标。

与食欲有关的分子

食欲至少部分是在视丘下部调控的，这个部位是大脑中将神经系统和内分泌系统联系起来的区域。现在，对调控食欲的分子所进行的一次筛选工作，发现蛋白nucleobindin 2的一部分（被称为nesfatin-1）是在视丘下部生成的一种饱度分子。当将nesfatin-1注射进脑中时，大鼠的进食量就会减少，体重就会下降。当将nesfatin-1阻断时，动物就会吃得更多。因此，nesfatin-1是减肥药物的一个可能的作用目标。

Aprataxin蛋白在DNA修复中的作用

罕见的神经退化疾病“共济失调性眼球运动功能丧失症-1”是由aprataxin蛋白的突变引起的。以前的研究工作表明，aprataxin与RNA修复蛋白有关，但它在DNA修复中是直接还是间接发挥作用的却不知道。现在，用含有正常和突变aprataxin蛋白的纯化的提取物所做的实验表明，aprataxin的作用是帮助将由活性氧分子或自由基诱导的DNA中的单链缺口连接在一起。具体来说，它是将腺苷酸（adenylate）从DNA其中一端去掉，并允许其再缝合回去。这表明，“共济失调性眼球运动功能丧失症-1”中所出现的神经退化，可能是由神经细胞的DNA中未修复的损伤的逐渐积累造成的。

10月13日《Science》

迄今测出的最小的基因组
科学家最近测出的两个细菌基因组如此之简单和小，它们也许给自身的定位带来危机。日本和西班牙的研究小组测定了生活在其它生物内的"共生体"细菌基因组，其中一个可能将丧失它作为真正生物体的地位而成为其宿主细胞的一个部分，另一个看来正在走向灭绝。 
Atshushi Nakabachi 和同事报告说，Carsonella ruddii是生活在吸食植物液昆虫身上的一种寄生细菌，它的基因组只有160个kb之长。过去的估计曾把最小的基因组定在400kb左右。虽然Carsonella基因组排得很满，有许多重叠的基因，而且几乎没有"废物"DNA，但是它没有许多被认为是生命不可缺少的基因。这些发现提出，Carsonella 也许进化成了昆虫细胞内的一个细胞器，宿主细胞补偿了缺失的基因功能。Vicente Pérez-Brocal 和同事报告，Buchnera aphidicola的基因组要大点，约为420kb。该细菌与其它几种细菌一样共生在一种蚜虫身上。与其它共生物种相比，B. aphidicola失去了许多能让它为宿主生存作出贡献的重要功能，这是好的共生体所需要做到的。其它的共生细菌看起来接管了这些功能。文章作者推测B. aphidicola 可能在走向灭绝。一篇相关的研究评述讨论了这两项研究。 
简报：The 160-Kilobase Genome of the Bacterial Endosymbiont Carsonella, Atsushi Nakabachi, et al. 
报告：A Small Microbial Genome: The End of a Long Symbiotic Relationship?, Vicente Pérez-Brocal, et al. 
研究评述：The Bacterial World Gets Smaller, Siv G. E. Andersson 


快速自旋的小行星对
具有两个部分的近地小行星1999 KW4也许在一次靠近太阳或地球飞行的激发下，正在快速地自旋。在现已发现的840个大的近地小行星中，28个是双体系统。双体系统通常在太空中比较常见，比如双星系统和行星-卫星系统。离我们近的小行星为了解双体系统的行为提供了一个机会。当最大的近地双体小行星1999 KW4于2001年5月从我们的地球旁边飞过时，研究人员通过将雷达发射到它们的表面，测量返回信号的强度和延迟，测绘了它的两个部分。Steven Ostro和同事现在展示了这些测绘努力的结果。小行星的主要部分Alpha由非坚固的碎石组成，而且以每2.8小时一周的速度沿自身的轴自转。该部分的小伴侣Beta比Alpha的形状长而且密度大。在另一篇报告中，Daniel Scheeres和同事模拟了该系统的轨道和旋转动力学。Alpha自旋的速度接近它的离散速度。文章作者提出，这个双体小行星也许来自一个碎石堆的前体小行星，在其一次靠近太阳或地球的飞行后被导致进入自旋状态。1999 KW4的轨道与地球的轨道相交，所以了解该小行星的快速自旋运动对可能的碰撞也许是重要的。 
科学特快报告：Radar Imaging of Binary Near-Earth Asteroid (66391) 1999 KW4, Steven J. Ostro, et al. 
科学特快报告：Dynamical Configuration of Binary Near-Earth Asteroid (66391) 1999 KW4, D. J. Scheeres, et al. 

巨大的金矿沉积也许形成得很快
科学家对来自巴布亚新几内亚一个岩浆中的液体做了采样后提出，世界上最大的一个金矿也许是在5万年左右的时间内形成的。世界上大约一半的已知金矿来自热液矿石的沉积，是由超热的水从岩石流过时沉积在矿脉的。几十年来，研究人员一直想知道这种热流溶液中到底含有多少金子，其中的金子输运多快、如何沉积、来自何处。Stuart Simmons 和Kevin Brown利用巴布亚新几内亚Lihir 岛的Ladolam金矿的一个非同寻常的情况研究了这些问题，那里是世界上最大和最年轻的热液金沉积正在一个活跃的热液系统中发生的地方。由于热液体给采矿带来困难，当地的采矿业钻了许多地热井，为研究人员提供了采样主要来自死火山下面岩浆的深水的机会。Simmons 和Brown确定出这些液体的含金量比来自其他地热系统的液体要多，他们估计在Ladolam沉积中需要大约5.5年的时间就能使金子积累出来，这在地质时间的尺度上是相当短的。一篇Christoph Heinrich撰写的研究评述讨论了这个沉积是否会更快地形成。 
报告：Gold in Magmatic Hydrothermal Solutions and the Rapid Formation of a Giant Ore Deposit, Stuart F. Simmons and Kevin L. Brown 
研究评述：How Fast Does Gold Trickle Out of Volcanoes?, Christoph A. Heinrich 


突变陪伴基因的治疗作用？
只在细胞表面表达的肿瘤特异分子是治疗癌症的单克隆抗体的理想靶标。研究人员一直在寻找肿瘤特异的抗原，但是这些抗原多数是细胞内部的突变蛋白，单克隆抗体看不到它们。Andrea Schietinger和同事发现，一个细胞表面的非突变的细胞膜蛋白能被转变为一个肿瘤特异的抗原。他们报告了导致这个转变的复杂路径。一个陪伴基因(Cosmc)的突变中止了一个糖基转移酶的活性，通常在将糖附加到蛋白上需要该酶。这个突变改变了细胞表面蛋白的碳水化合物结构，并导致一个能作为高度特异的、具有治疗作用的单克隆抗体靶标的肿瘤特异分子的产生。Cosmc 基因的突变在几种人类和小鼠的肿瘤中被发现过，意味着该路径也许能产生几种能作为诊断和治疗抗体靶标的肿瘤特异的抗原。 
报告：A Mutant Chaperone Converts a Wild-Type Protein into a Tumor-Specific Antigen, Andrea Schietinger, et al. 

从DNA损坏到细胞死亡
一项新研究提出了一个帮助将带有基因损坏的细胞送入自毁灭程序的机制。为了维持健康，带有DNA损伤的细胞必须在细胞周期中暂停，以便修复DNA或进入被称为“凋亡”的细胞自杀程序。DNA损伤部分地通过抑制CDK2的活性来激活一个停止细胞周期的信号机制。Haojie Huang和同事提出，CDK2不仅与细胞周期的控制机制有关，而且与细胞死亡的控制机制有关。在培养细胞中，CDK2修饰转录因子FOXO1。在带有大范围DNA损伤的细胞中，降低FOXO1的修饰使其能运动到细胞核，在那里它增强诱导凋亡的基因的表达。一篇相关的研究评述讨论了这些发现，指出它们也许能为细胞如何对癌症治疗比如辐射和化疗发生抵抗力提供线索。 
报告：CDK2-Dependent Phosphorylation of FOXO1 as an Apoptotic Response to DNA Damage, Haojie Huang, Kevin M. Regan, Zhenkun Lou, Junjie Chen, and Donald J. Tindall 
研究评述：Balancing Life-or-Death Decisions, Jiri Bartek and Jiri Lukas 


激光作为化学反应的催化剂？
研究人员报告说，激光脉冲能起某些化学催化剂的作用。催化剂通过改变妨碍原子在分子中重新组合的能量壁垒来加快化学反应的速度。但是催化剂的发现是一个比较慢和困难的过程，而且一个化学反应的那个部分能被比较容易地改变也是有限的。Benjamin Sussman和同事显示，激光脉冲也许有朝一日能取代催化剂来引导某些化学反应的结果。通过施加一个准确控制的、高强度的红外激光场，文章作者能控制激化的溴化碘分子分裂成一个碘原子和一个溴原子的方法。具体地说，脉冲改变能量壁垒使其倾向于两个可能的结果中的一个。这个技术的一个优点是，通过简单的时间控制，它能针对反应路径中的所有部分。一篇相关的研究评述讨论了这些结果的意义。 
报告：Dynamic Stark Control of Photochemical Processes, Benjamin J. Sussman, Dave Townsend, Misha Yu. Ivanov, and Albert Stolow 
研究评述：Strong-Arming Molecular Dynamics, Herschel Rabitz