本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

11月16日《Nature》

封面故事：穴居人基因组可望两年内完成初步测序

穴居人（尼安德特人）的特征是在距今大约40万年前的时候出现在欧洲和西亚的人类化石记录中的，消失时间是在距今大约3万年前左右。穴居人是我们已灭绝的关系最近的近亲，所以随着DNA技术的进步，识别现代人特有的基因变化的目标离我们更近了。现在，研究人员识别出一块距今3.8万年的穴居人骨头，其保存质量很高，足以能从中提取出100万个以上的碱基对。该骨头最初是1980年在克罗地亚的Vindija洞穴中发现的（其照片刊登在本期封面上）。通过将它的DNA组成与黑猩猩和人的基因组进行对比，研究人员发现，穴居人和人类祖先（像人但不像猿）具有一个小而有效的种群规模。这项研究工作中所采用的技术使得科学家有可能在两年内完成对穴居人基因组的初步测序。

植物免疫系统中一些未解之谜

详细了解植物的免疫系统，对于农业和害虫控制具有重要意义。植物由于没有哺乳动物的移动防卫细胞和适应性免疫反应，因此依靠每个细胞的先天免疫力以及从感染点在植物内各处发送的信号来进行免疫。Jonathan Jones 和 Jeffrey Dangl对当前关于植物防卫体系的模型进行了评述，发现了一些尚未得到回答的问题，其中包括用来遏制病原体生长的机制。

白藜芦醇的减肥作用是有条件的

当“白藜芦醇(Resveratrol)能提高食用高热量食物的小鼠的健康水平和存活率”的文章在网上发表后，那些怕胖的人们似乎看到了希望，认为以后想吃什么就可以吃什么，不用担心发胖，而且还能永葆青春。而这篇论文实质上是说，以人类可以做到的剂量口服白藜芦醇（当然不是从红酒中摄取，因为要达到所需剂量每天需要喝几百瓶红酒，这样将会产生副作用），可以在小鼠身上重现食用低热量食物所产生的生理效应，并使健康水平和存活率总体上有所提高。详情请看本期所发表的这篇论文。

影响深海生态系统营养供应的另一因素

海底峡谷（深入到大陆坡中的陡峭峡谷）会像漏斗一样将水流和沉积物从海水较浅的沿海地区转移到深海中。人们认为，这些水流大多是因为（泥沙）未能沉积或河流洪水引起的。从法国马赛沿海附近的狮子湾（Gulf of Lions）所获得的新的观测结果表明，它们也是由“致密的大陆架水流瀑布作用”诱发的，这是一种比较常见的水流类型，即温度低、密度大的水从大陆架流走。这意味着，沉积物和有机质向深海的输送可能要比我们以前所认为的更多。由未来气候变化引起的“致密的大陆架瀑布水”数量的任何变化，对于深海生态系统的营养供应以及深海的碳存储都可能会产生重要影响。

遏制生物入侵的可能办法

欧亚舞毒蛾（gypsy moth）自1869年偶然进入美国后在整个美国的扩散，是人们最为熟悉的、最有戏剧性的关于生物入侵的例子之一。这样的入侵是对世界生态系统稳定性的一大威胁。Johnson等人以舞毒蛾入侵为模型，发现Allee效应（低密度时种群数量增长速度降低的效应）与生境不均衡性的组合足以引起所观测到的周期性的入侵事件。这意味着，应当有可能通过抑制林场边界处种群周期的峰值来减缓舞毒蛾和其他物种的入侵。

H5N1病毒的Haemagglutin上的两处突变

在亚洲、欧洲和非洲流行的H5N1禽流感病毒不能与人类细胞受体结合的事实，帮助防止了该病毒引起一场这种疾病的人类变种的全球大流行。现在，对从被感染的少数人（来自越南和泰国）身上分离出的H5N1病毒所做的一项研究工作，在结合受体的病毒Haemagglutin的第182号位置和第192号位置发现了两处突变，这两处突变使其与人类和禽类受体都能结合。这些突变也许可用作分子标记，来评估H5N1野外分离种的流行潜力。

蛋白相互作用的核磁共振观测研究

大量生物过程中涉及蛋白-蛋白相互作用，尽管X-射线晶体学方法和核磁共振光谱方法可用来研究一种复合物中的两个（或更多）蛋白，但难以确定这两个蛋白在形成该最终复合物之前是怎样相互作用的。现在，研究人员利用核磁共振光谱方法，对细菌磷酸转移酶体系（enzyme I的N-端区域和phosphocarrier蛋白HPr）中的第一种二元复合物的瞬态的、非特定结合的复合分子组合体进行了直接观测，所取得的一项重要发现是，这些被称为“encounter complexes”的复合物的分布与蛋白表面上的静电电势相关联。

11月17日《Science》

尼安德特人DNA序列测出
据一项新的测序尼安德特人(Neanderthals)DNA的研究，现代人和尼安德特人大约是从37万年前的同一个家系分开的，而且没有两者之间大范围相互交配的证据。过去对尼安德特人DNA的研究局限于来自细胞线立体的DNA，它只是有从母系遗传，不如核DNA在研究进化问题上作用大。James P. Noonan 和同事现在从来自克罗地亚的3.8万年前的尼安德特人骨头中提取出了核DNA片段。他们用细菌繁殖了单个DNA片段，制造了一个DNA文库，而且还发展了一个从文库中提出具体序列的方法，从而为研究感兴趣的序列或区域提供了一个简单的方法。这些研究人员的试验揭示，DNA的确是尼安德特人的，而不是来自现代人的DNA污染。他们报告说，现代人和尼安德特人最近的共同祖先生活在大约70.6万年前，这两个种群大约在37万年前分离开。虽然尼安德特人和现代人的基因组99.5%以上完全相同，但是几乎没有尼安德特人对人类基因库有贡献的证据。
研究文章：Sequencing and Analysis of Neanderthal Genomic DNA, James P. Noonan, et al.

研究解释为什么小儿麻痹症在印度顽固持续
新研究帮助解释了为什么尽管有大规模的免疫努力，小儿麻痹症仍在印度顽固存留，也为旨在永久消灭该病毒的运动提供了希望。小儿麻痹症是一种高度传染的疾病，主要影响3岁以下的儿童。少数患者会永久地瘫痪而且而别病例是致命的。Nicholas Grassly和同事分析了1997年以来搜集的印度瘫痪患儿的报告，并用一个计算机模型来确定在哪些条件对小儿麻痹症在该国的顽固存在的影响最大。研究人员报告说，在印度近期的小儿麻痹症流行发生的贫困的Uttar Pradesh和Bihar邦,差的卫生条件和高的人口密度是消除这个病毒的关键障碍，这些条件不仅使病毒容以传播，而且降低了疫苗的有效性。研究人员报告说，改用针对具体毒株的"单价"疫苗，而不是标准的"三价"疫苗（既含有三种减弱病毒的疫苗）应该能抵消这些障碍，增加疫苗的有效性，从而使在印度快速消灭小儿麻痹症成为可能。印度已经在2005年开始始用单价疫苗。
报告：New Strategies for the Elimination of Polio from India, Nicholas C. Grassly, et al.

钱让人感觉自足
在一组9个试验中，从有关钱的短文到现金的照片等钱的提醒，使人更少地请求帮助，而更多的提供帮助。试验对象也更可能游戏、一起工作、增加他们自己与一个新认识的人之间的物理距离，Kathleen Vohs和同事报告说。有些学者曾把钱描述为使人们采取行动的鼓励，但也有人指责钱破坏社区的和谐。文章作者提出，这两个效应来自钱使人感到也表现出自己有能力的实事。他们的试验涉及让自愿者接触钱的想法，然后在完成某个任务上比较他们与一个没有接触钱的想法对照组的人的行为。有些任务涉及请求帮助，还有些涉及提供帮助、提供金钱、以及选择独自和社区活动。在所有的试验中，事先接触钱的想法的志愿者比对照表现出更自我倾向的行为。一篇相关的研究评述讨论了这些发现。
报告：The Psychological Consequences of Money, Kathleen D. Vohs, Nicole L. Mead, and Miranda R. Goode
研究评述：Money Is Material, Carole B. Burgoyne and Stephen E. G. Lea

自我修复的机器人
研究人员设计出能感知自身损坏和自我恢复的机器人，这个能力应该能帮助机器人在新的或危险的环境中操作。动物能用改变他们运动的方式补偿受伤，但是大多数机器不能响应没有预料的损坏。Josh Bongard和同事制造了一个通过关节中的传感器观察自身环境的四条腿的机器人，机器人产生一个自身结构的内部模型。它用这个模型来产生运动并不断地更新模型来引入任何损坏。比如，当作者将它的一条腿变短时，机器人的响应是改变它的步态。在一篇相关的研究评述中，Christoph Adami描述了这样的机器人如何可能在新的环境中操作的可能，它先探索地貌，然后“梦想”新的方法来克服下一天的考察中可能遇到的障碍。
报告：Resilient Machines Through Continuous Self-Modeling, Josh Bongard, Victor Zykov, and Hod Lipson
研究评述：What Do Robots Dream Of?, Christoph Adami

打开氢分子键
一项新研究也许能为开发氢燃料的轻型存贮材料提供帮助，研究人员描述了一种不含金属的催化剂，它能可逆地切开将分子氢切开成为两个原子。许多重要的工业化学反应，比如原油加工和制造合成氨化肥，都涉及用金属催化剂将把两个氢原子结合成分子的化学健切开。正如Gregory Kubas在一篇相关的研究评述中指出，这些金属对环境不友好而且贵。而且更轻的催化剂对氢存贮也重要。Gregory Welch和同事报告说，一种空气中稳定的烷基硼酸盐化合物在100摄氏度以上能干净地将氢原子解放出来，并且当暴露在溶液中时能把氢原子有效地释放回室温下的气体中。文章作者写道，“这一发现预示了非金属反应和催化剂的新远景”。
报告：Reversible, Metal-Free Hydrogen Activation, Gregory C. Welch, Ronan R. San Juan, Jason D. Masuda, and Douglas W. Stephan
研究评述：Breaking the H2 Marriage and Reuniting the Couple, Gregory J. Kubas

本期专题部分：复合材料
当一种材料不具备合适的性能组合时，材料科学家创造出用两种或多种材料组成的复合材料，其组分保持明显的区别但在一起能完成所需要的工作。比如，用钢筋加强混凝土使其不在张力下崩溃，用玻璃或碳纤维使塑料变得更强。虽然设计复合材料也许比创造全新的材料更容易，但是为具体的应用找到合适的协同作用材料和性质仍是一个挑战，因为有许多可能的选择。目前的挑战包括设计用于比如汽车和飞机等交通工具的又强、又牢固、又轻的复合材料，这类材料也可用于保护人身和坦克的装甲。因为可能的材料组合范围很大，复合材料的设计、测试、和应用中存在一些问题，本期专题部分探讨了这些问题。
专题介绍：The Right Combination, Marc Lavine