本期《自然》和《科学》精选

本期《自然》和《科学》精选

　　

生物通综合：

11月24日《Nature》

封面故事：正在喷发中的圣海伦火山

圣海伦火山1980年5月的爆发是一次非比寻常的事件，诱发其爆发的部分原因是一次巨大的滑坡，因为该滑坡迅速降低了富含挥发性物质的岩浆的压力。而对该火山的历史来说更典型的是从2004年10月开始、目前仍在进行中的能量要小一些的爆发。这次爆发正在该火山坑内形成一个新的熔岩圆丘，同时伴随着周期性的浅层地震和少量的蒸汽、火山气和火山灰的排放。在本期Nature上，一个多学科研究小组发表了关于目前喷发情况的一个详细报告，他们发现，本次喷发很快变成了持久性的、近乎平衡态的行为。数值模拟表明，所观测到的近乎周期性的地震在机制上与正在重建火山圆丘的固态喷出物有关。（Article p. 439）本期封面照片是由美国地质调查局的John S. Pallister 2005年6月8日拍摄的一张从西北方向来观察该火山的照片。

人类基因组彼此之间的差异

对人类基因组测序之后下一步干什么？我们想知道人类基因组彼此之间有什么不同。去年，“国际HapMap项目”发表了一个反映单核苷酸变化的图谱，现在一个国际研究小组甚至绘制出了反映更大范围的差异的图谱，被称为“版本数量变种”（CNV）。这些变种中每个都涉及到个体之间的至少1000个碱基对差别，并且已经被与基因组中的良性变化和致病变化联系起来。新图谱是根据对来自270个人的DNA进行分析得到的。总共发现了超过1400个CNV，涵盖基因组的12%。这使得它们比人们以前所想的要普遍得多，并且说明，除非能够被直接分析，否则这些差异就有可能被目前用来识别遗传疾病中突变基因的方法漏掉。

触发因子（TF）怎样防止蛋白误折叠？

当一种新合成的多肽从核糖体中出现时，它会碰到一个被称为触发因子（TF）的伴护蛋白，后者防止蛋白误折叠和聚集。过去，研究人员不清楚触发因子是怎样防止误折叠的，但现在，一项涉及对荧光标记的触发因子进行实时观测的实验，让我们看到了这个过程中到底发生了什么。向核糖体上结合的动作打开并激发触发因子，后者随后被从核糖体上带走，到新多肽链上，并保持与其相连一段时间，这个时间长短取决于该蛋白聚集的倾向有多大。

预测海洋自然灾害对生态系统影响的模型

预测海洋中的海啸和热带气旋等几个事件的生态后果是困难的，因为这样的事件很罕见，它们的严重程度使得科学家几乎不可能进行现场观测。Joshua Madin 和 Sean Connolly开发出一个模型，该模型将海洋学方法与工程方法结合起来预测珊瑚在海洋猛烈冲击下是怎样存活的。他们通过比较该模型对造礁珊瑚群落死亡率的预测结果与大堡礁部分地方珊瑚分布情况的观测结果对该模型进行了验证，发现该模型能够成功预测珊瑚群落对海浪的脆弱性。这项工作为了解热带风暴、海啸和其他与海浪有关的现象对珊瑚及其相关生态系统的影响提供了一个框架。

花粉蛋白p26的组成

“自交不亲合”( self- incompatibility ) 是高等植物用来避免自授粉、从而确保形成新的基因型的一个重要机制。对虞美人（Papaver rhoeas）来说，“自交不亲合”反应会触发一个依赖于Ca2+的信号作用网络，导致自身花粉管生长的迅速抑制。花粉蛋白p26是“自交不亲合”信号最早的目标之一。现在de Graaf等人发现，p26是由两个可溶性无机焦磷酸酶（sPPases）组成的。焦磷酸酶在原核生物和真核生物中都高度地保留了下来，通过无机焦磷酸盐的水解，它们为很多代谢反应提供推动力。这项工作表明焦磷酸酶是花粉生长的重要调控因子，也为这一重要类别的酶的抑制识别出一个以前没有报告过的调控机制。

分析非编码序列发现75个基因增强因子

识别那些遥控基因表达的时空模式的非编码DNA序列并不简单。一个有用的线索是演化序列的保持。对人类基因组中167个非编码序列（通过与河豚鱼、大鼠和小鼠基因组进行对比，发现它们在演化过程中保持程度极高）所做的一项活体分析研究，识别出了75个以前人们不知道的具有组织特定性的增强因子。这些增强因子在形成后第11天的胚胎中是活跃的，它们中多数将表达引向正在发育的神经系统。这一方法的成功表明，在人类和河豚鱼之间保持下来的另外5500个非编码序列也许还能产生另一批新的基因增强因子。

11月24日《Science》

伤寒菌的进化史
一个国际项目研究了100多株引起伤寒的细菌的遗传多样性，揭示了该细菌的进化史，并提出一株抗药细菌可能在从亚洲传到非洲。Philippe Roumagnac和同事报告说，伤寒肠沙门菌(Salmonella enterica Typhi)现在主要影响南半球的贫困人口，但是它在少数人群中没有症状地潜伏了几千年了。这种微生物长期不受自然选择的影响，以一个名为"中性进化"的过程极为缓慢地变化，但是偶然能引起急性流行病，那时会在自然选择的影响下快速进化。氟喹诺酮类抗生素的使用导致了抗药株的形成，但是它们还没有完全取代对药物敏感的菌株。文章作者报告说，亚洲的一种抵抗多种抗生素的特殊菌株最近开始在非洲出现。
报告：Evolutionary History of Salmonella Typhi, Philippe Roumagnac, et al.

保护塞伦盖蒂国家公园
本期一篇对坦赞尼亚塞伦盖蒂(Serengeti)国家公园的研究指出，警惕的防偷猎努力，比如防偷猎巡逻对保护区有作用。Ray Hilborn和一个国际小组用被捕偷猎者的人数来表示偷猎的强度。偷猎的对象是水牛、大象、以及犀牛。1977年以前被捕的人数很低。从1977年开始，由于经济发展变慢、防偷猎措施减弱、以及犀牛角和象牙价格的上升等因素的影响，偷猎大大增加。文章作者写道，数据显示，"1977年后的偷猎很严重，造成了种群的大量减少，但自从1993年以来偷猎减少了不少，使得种群得以恢复"。
简报：Effective Enforcement in a Conservation Area, Ray Hilborn, et al.

改进将药物送到肿瘤中的方法
一项小鼠研究为将抗癌药物在不影响正常细胞的情况下释放到肿瘤细胞中指出了新的方法。有许多药物能杀死癌细胞，但是如何将它们有针对性地送到肿瘤中、而不损坏健康组织是一个挑战。一个有希望的战略涉及将药物包在名为"脂质体"的膜微囊中。 Ian Cheong和同事现在报告说，一个来自Clostridium novyi-NT细菌的一个蛋白质能破裂脂质体，从而帮助它们在肿瘤中把药物释放出来。人们已知这种厌氧细菌能破裂红血细胞，也能感染肿瘤中缺氧的部分。文章作者给带有大块肿瘤的转基因鼠注射了该细菌孢子，然后注射包含抗癌药阿霉素(doxorubicin)的脂质体，许多肿瘤被消除了。作者鉴定出帮助增强药物释放的蛋白，将其命名为 "脂质体酶(liposomase)"。因为几乎任何抗癌药都能被包装到脂质体中，该蛋白在原则上能被用到许多治疗方案中来增强抗癌药释放的针对性。
报告：A Bacterial Protein Enhances the Release and Efficacy of Liposomal Cancer Drugs, Ian Cheong, et al.

在大田增强小麦的营养
研究人员在野生小麦中发现了一个能增加蛋白质、锌、和铁含量的基因，TaNAM。该基因在培育种植的小麦中失去了功能。Cristobel Uauy 和同事显示，他们分析了的所有培育种植的小麦品种有一个该基因的不工作的版本TaNAM-B1。将野生基因插到种植小麦中后，提高了麦粒的蛋白质和营养含量。与此相比，将所有与这个基因有关的拷贝从种植小麦品种中剔除后，小麦的有叶寿命延长，但是麦粒的蛋白和营养降低。小麦是锌、铁、和蛋白的主要来源，而世界上有上千万的人口缺少这些关键的营养。Jonathan D. Gitlin在一篇相关的研究评述中讨论了这个主题。
报告：A NAC Gene Regulating Senescence Improves Grain Protein, Zinc, and Iron Content in Wheat, Cristobal Uauy, et al.

给杂交制造麻烦的基因
一个研究小组说他们发现了第一对Dobzhansky-Muller基因，人们一直在寻找这种基因，这些基因在杂交生物中的相互作用使生物不能存活或者不能繁殖。找到这些基因是了解一个物种如何进化为两个的一个重要部分。Dobzhansky-Muller模型提出，杂交的两个物种基因差别的相互作用导致了杂交不孕性。Nicholas Brideau和同事现在报告说，拟果蝇(Drosophila simulans)的Lhr基因与黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)的Hmr基因构成一对Dobzhansky-Muller基因。当被这些基因编码的蛋白在两种果蝇的杂交体中相互作用时，它们是致命的，但是只在某些情况下，说明其它基因可能对这个现象也有作用。
报告：Two Dobzhansky-Muller Genes Interact to Cause Hybrid Lethality in Drosophila, Nicholas J. Brideau, et al.

气候变化也在影响高层大气
Jan Lastovicka和同事在本期一篇研究评述中指出，气候变化不只影响地球表面的条件，也在影响高度超过50公里的上层大气。在地球表面，温室气体是温度正在增加，而在高海拔，这些气体(尤其是二氧化碳)的辐射效应产生一个制冷影响使上层大气收缩。文章作者预测，这些效应将影响基于我们越来越以来的太空技术，比如全球定位系统卫星。
研究评述：Global Change in the Upper Atmosphere, J. Lastovicka, R. A. Akmaev, G. Beig, J. Bremer, and J. T. Emmert