本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

10月5日《Nature》

封面故事：环保运动中的心理问题和政治问题

本期封面所示为 一群带着头套和面罩的抗议者，其中一些声称是“地球解放阵线”的支持者，他们于2002年2月在美国俄勒冈州的波特兰举行游行。在本期的“新闻特写”栏目中，我们提出这样一个问题：极端环保人士何以拒绝科学而采用暴力的、反科学的方法？在联邦调查局（FBI）一次重要行动之后，我们对这场运动的心理问题和政治问题进行了分析。封面照片：Don Ryan/美联社

在多倍体细胞中发生突变会产生致命危害的基因

多倍体是细胞中染色体数量多于正常情况的一种现象，在自然界很常见，出现在演化、发育、细胞压力、以及癌症等疾病状态的过程中。然而，我们对伴随多倍体的生理变化却很不了解。现在，对酵母所进行的一次整个基因组范围内的筛选工作，识别出了在多倍体细胞中、而不是在野生型细胞中发生突变时会引起致命性的基因。很多癌细胞会表现出多倍性，说明以这些基因为目标也许是抗癌的一个有效策略。

Subtilase细胞毒素产生毒性的机制

Subtilase细胞毒素是 1998年首次从澳大利亚南部产生志贺毒素的大肠杆菌 (STEC)的一个恶性菌种中分离出来的，此后又在STEC的其他几个菌种中被发现。STEC是一种人类病原体，能引起威胁生命的肠胃病。现在，研究人员已经确定了Subtilase细胞毒素产生极端毒性的机制：它能引起重要内质网伴护分子BiP的单点解理。该发现之所以引人注目，是因为，影响内质网压力响应的伴护功能的缺陷现在被发现与细胞衰老、以及包括白内障、帕金森氏综合症和阿尔茨海默氏综合症等机能退化症状密切相关。该毒素能够快速地、专一地破坏BiP功能，因此它为我们提供了一个细胞生物学新工具，使研究人员能够对这些疾病发病机理中的关键事件进行体外模拟。

抗辐射球菌抗辐射的机制

抗辐射球菌（Deinococcus radiodurans）是上个世纪50年代从罐头肉中分离出来的，这些罐头肉尽管用高剂量辐射杀了菌，却仍然变质了。即便辐射引起的DNA损坏会使其基因组彻底破碎，该细菌也能从辐照中恢复过来。它是怎样实现这种“壮举”的呢？科学家了解到，该细菌携带其几个版本的基因组，并且具有快速、有效的DNA修复机制。现在，一项新的研究表明，首先，有互补序列区域的DNA片断会彼此找到对方，由一种DNA聚合酶引发一个合成过程，在DNA片断上形成长的单链；然后，互补单链尾部配对，再生成长链DNA分子，后者被处理成原始的环状基因组。
1918年流感疫情的基因根源

1918年的流感病毒的一个重建模型的获得意味着，现在有可能研究主体对感染的反应了，并且可以将这种信息用于寻找公共卫生措施、以及用在新型抗病毒药物的开发上。 对小鼠所做的一项研究表明，含有来自该病毒流行种的所有8个基因的病毒所引发的感染和细胞死亡反应要比含有这些基因子集的病毒大得多。这种极端的主体反应，也许是与1918年的流感疫情相联系的严重免疫病理问题的根源。

细胞周期及调控机制的演化

在细胞周期中，数以百计的基因被定期转录。该过程中所涉及的蛋白复合物对所有真核细胞基本上都是相同的，但对来自人类、酵母和植物的大型微阵列数据集所做的比较表明，在细胞周期中的正确时刻组装同一分子机器有很多不同方法。转录和后转录控制是一前一后形成的，从演化上来说变化的速度之快是惊人的，只有约1亿年左右。这意味着，即使在脊椎动物内，调控系统也可以有相当大的差别。

10月6日《Science》

科学家发现引起痴呆症的蛋白
研究人员发现了一个与包括肌萎缩性侧索硬化症(ASL)的神经衰退症有关的蛋白。Manuela Neumann和同事确定TDP-43是人们寻早已久的涉及痴呆的疾病蛋白，这种痴呆是由大脑额叶的退化引起的，退化能延伸到颞叶。这是仅次于阿尔默海兹症的让65岁以下患者痴呆的第二种最常见的原因，通常影响40几岁和50几岁的人。TDP-43过去在神经退化疾病患者病理的错误折叠蛋白中缺失。识别出这个蛋白应该有助于痴呆以及运动神经元疾病的研究。 
报告：Ubiquitinated TDP-43 in Frontotemporal Lobar Degeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis, Manuela Neumann, et al. 


与焦虑和抑郁有关的基因
科学家制造了一个小鼠系，它们似乎具有与人类焦虑和抑郁有关的经典行为特征。虽然人们还不知道那些基因与抑郁和焦虑有关，但是BDNF是一个可能的候选基因，因为该基因对大脑神经元的生存、发育以及可塑性至关重要。Zhe-Yu Chen和同事生成了带有一种BDNF 突变的转基因鼠，该突变出现在20%到30%的白种人中。他们发现，转基因小鼠有带有这个突变的人的大脑解剖和记忆的变化，而且表现出与焦虑有关的关键行为。出人意料的是，用抗抑郁的氟苯氧苯胺(商品名Prozac)治疗小鼠，似乎并没有减轻其焦虑行为。文章作者提出，这个药物在该基因的两个版本中只有一个有突变的人身上也许也没有常见的效果，该基因突变也许能成为预测个体对这类抗抑郁药的响应的一个有用的“生物标志”。作者还提出，增加来自神经元之间的连接点的BDNF蛋白的释放，或延长分泌的BDNF蛋白的寿命，也许能改进带有BDNF突变的人对类似氟苯氧苯胺药物的响应。 
报告：Genetic Variant BDNF (Val66Met) Polymorphism Alters Anxiety-Related Behavior, Zhe-Yu Chen, et al. 
物种多样性来自热带
通过分析1100万年中的双掰类化石，Jablonski和同事搞澄清了一个年代久远的古生物学争论：热带究竟是新物种生成的生物多样性的摇篮，还是旧物种得以持久存在的生物多样性的博物馆。他们的答案是两者皆是。过去一百年中，研究人员认识到热带地区的物种数是最多的，物种的数量随着向极地的方向减少。研究人员一直在思考这个生物多样性沿经线的梯度的进化动力学问题，现在Jablonski的小组报告了对记载物种起源、灭绝和迁移模式的化石记录的首次全面分析。研究显示，生物体的多样性起源于热带，然后向两极迁移。研究人员说，他们的工作突出了在未来气候变化中保护这个“全球多样性引擎”的必要性。Charles R. Marshall在一篇相关的研究评述中进一步讨论了这个问题。 
研究文章：Out of the Tropics: Evolutionary Dynamics of the Latitudinal Diversity Gradient, David Jablonski, Kaustuv Roy, and James W. Valentine 
研究评述：Fossil Record Reveals Tropics as Cradle and Museum, Charles R. Marshall 


大脑中的共享和自私
研究人员报告说，在一个叫最后通牒的交易游戏中，将大脑的一个区域暂时关闭能使自私胜过公正。Daria Knoch与瑞士和美国的同事对自愿玩游戏的人用了一种名为“重复经颅磁刺激”的非侵入性的技术，该技术涉及一个弱电流脉冲通过大脑。研究人员用这个技术暂时扰乱背外侧前额叶皮层(DLPFC)的左边或右边，过去的研究曾提示DLPFC与最后通牒的游戏中做出决定有关。在这个游戏中，两个玩游戏的人需要同意如何分一笔钱，其中一位给出一个分配方案，另一位或接受或拒绝，如果拒绝则两人都得不到钱。研究人员发现，打扰DLPFC 的右边使志愿者更可能接受不公平的分配方案，而不为了惩罚“提案人”不平均地共享而拒绝。因此看来，DLPFC在正常情况下涉及抑制自私的冲动。 
科学特快报告：Diminishing Reciprocal Fairness by Disrupting the Right Prefrontal Cortex, Daria Knoch, Alvaro Pascual-Leone, Kaspar Meyer, Valerie Treyer, and Ernst Fehr 

基因组反映进化爆发
新研究提出，进化树上遗传变化中的20%能用与新物种形成有关的进化爆发解释。跃变进化论是近几十年来进化生物学中最有争议的理论，该理论的代表性工作是建立在化石记录的研究之上，因此一直比较难判断其重要性，因为化石记录很不完全。Mark Pagel和同事用分析基因组中核苷酸替换来研究这个问题，核苷酸替换指单个DNA“字母”的交换。他们显示，进化爆发能解释这些替换的20%，而逐步进化能解释其它的80%。 
报告：Large Punctuational Contribution of Speciation to Evolutionary Divergence at the Molecular Level, Mark Pagel, Chris Venditti, and Andrew Meade 


本期专题部分：计算神经科学
神经科学家越来越多地靠计算机和模拟，因为他们研究的系统太复杂，不可能采集所有的数据。如何用概念上有意义的参数、而不是简单地添加越来越多的细节成为模拟现实的挑战。在本期的计算神经科学专题部分，三位计算神经科学家综述他们领域的最新进展，展望位来的发展，包括模拟单个的神经元，以及用基于生物的计算模型来了解比如人类智力等高级任职功能。专题部分还包括了一组新闻报道。 
专题介绍：Of Bytes and Brains, Peter Stern and John Travis