再回首2006年《Nature》封面文章（中）

　　

生物通报道：生物领域的进展很快, 快的简直不大可能让人相信！2006年即将滑过，这短暂的一年，对生命科学领域来也说是令人心情激动的一年，世界各国研究人员在生命科学的各个研究领域都取得了令人瞩目的成果。让我们在新的一年到来之前一起重温《Nature》送给我们的生物类精选文章：

回放：2006年的《Nature》封面故事(上)

5月18日 微观世界中合作与欺骗的演化

生活在土中的社会性细菌Myxococcus xanthus形成大量成群的细胞，这些细胞通过分泌能杀死和降解其猎物的代谢物的方式捕食其他微生物，产生大量细胞外营养物。饥饿促使这些细胞集结成大约有10万个成员的群体（见本期封面），它们通过交换细胞间信号来构建子实体（fruiting bodies），并分异成抗压力的孢子。这为研究演化生物学中一个长期悬疑的问题提供了一个难得的模型，这个问题就是合作与欺骗策略的演化。在子实体发育上有缺陷的一些M. xanthus基因型“欺骗”嵌合体群体中没有缺陷的基因型。一个欺骗者所发生的单一的自发突变，能恢复有效的合作发育，使其在适应性上相对于两个祖先基因型都具有优越性，这种优越性包括，它可以不受其祖先欺骗者的剥削和利用。（Article p. 310; News and Views）封面图片：Jürgen Berger & Supriya Kadam, MPI Tübingen

  

5月25日 抑制癌变干细胞而保护造血干细胞的药物

能引发和维持癌症的干细胞非常像正常细胞，以至于难以设计专门针对癌症的药物来。这是一个严重的问题，因为举例来说，在白血病治疗期间受损的血液干细胞能造成造血机能丧失，甚至导致患者死亡。现在，对肿瘤抑制因子PTEN（在白血病和其他癌症中经常是没有活性的）所做的一项研究，发现了正常干细胞与癌变干细胞在自我更新上的一大差别。PTEN正常情况下抑制磷脂酰肌醇-3-OH激酶信号通道，限制细胞增殖和存活。在没有PTEN时，白血病干细胞能够增殖，但正常干细胞被耗尽。这说明，能够模仿PTEN的药物也许能够抑制白血病，而不会伤害血液干细胞。事实上，在缺失Pten的小鼠身上，雷帕霉素（Rapamycin）能杀死白血病干细胞，但却能保护血液干细胞的功能。另一项研究证实了PTEN在调控血液干细胞中所起的作用。（Article p.475; Letter p.518; News and Views）本期封面图片为在组织培养中由一个缺失Pten的造血干细胞形成的一组血液细胞。

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6月1日 北极地区的古气候

在2004年的ACEX海洋钻探探险活动之前，几乎没有证据来确定北冰洋的环境历史。现在，研究人员已经获取并分析了一个430米深的海床沉积芯。本期Nature上三篇论文所报告的该项研究的结果，是过去5600万年（这个时间包括了全球从一种温暖的“温室”状态向一种较冷的“冰室”状态的过渡阶段）气候情况的一个记录，让我们直接看到了北冰洋的“新生代”历史。根据这个沉积芯，研究人员识别出几个关键事件：在古新世/始新世最热期（距今5500万年前），海洋表面水温远远高于以前的估计；表面海水的淡化证实了大约4900万年前的一个强化的水文周期；第一批冰筏碎屑物（ice-rafted debris）出现在大约4500万年前，比以前所认为的早3500万年。经过修正的北极最早变冷事件的时间与南极最早变冷事件的时间一致，这个结果支持认为全球气候变化在两极之间是对称的观点。（Article p. 601; Letters pp. 606, 610; News and Views）封面图片：由Martin

6月8日 封面故事：“太古代”地球上存在生命的证据

“太古代”（距今25亿年前）地球上是否存在生命一直是一个激烈争论的问题。这种争论在很大程度上集中在被称为“叠层石”(stromatolites)的分层沉积结构是否像今天那样反映群居微生物的活动或反映一些非生物过程。现在，对澳大利亚西部一个引人注目的10公里长的裸露岩层所做的一项新的分析，为认为那个时候地球上存在生命的观点提供了支持。这里的“叠层石”已有大约34.30亿年，显示出与在较年轻的微生物礁石中发现的“叠层石”类似的特点：它不是一系列彼此孤立的化石，却更像以化石形势存在的一个完整的生态系统。看来，那个时候地球上不但存在生命，而且生命还很兴旺。封面图片所示为一个来自裸露礁石的锥形“叠层石”：虽然没有刻度标尺，但从Nature杂志标识底下来看其留下的阴影，就能知道它有多大。（摄影：A. Allwood） （Article p. 716; News and Views）

     
 6月22日 治疗失聪的希望

人类失聪是由名为Corti的器官中起传感作用的毛细胞的损失造成的。在哺乳动物中，这些细胞不能再生，但在如鸟类等非哺乳脊椎动物中，与毛细胞相邻的支持细胞能够通过“跨越分异”再生丢失的毛细胞。这便提出了一个问题：这种能力是否在哺乳动物身上已经彻底丧失？或者说，该能力仍然处于休眠状态？White等人通过利用新方法来纯化有丝分裂后的小鼠支持细胞，发现这些细胞在体外的确保持着发育成成熟毛细胞的能力。似乎，要求这些细胞再生的信号在活体中要么不存在，要么受到抑制。支持细胞进行增殖的能力随年龄所发生的变化与依赖于周期蛋白的激酶抑制因子p27Kip1的水平有关，这个发现为再生受损的毛细胞提供了一个可能的治疗途径。本期封面所示为转基因小鼠的Corti器官，图上毛细胞用紫色表示，支持细胞用荧光标记为绿色。

6月29日 血液或骨髓细胞能形成卵细胞的结论受到质疑

几十年来，生物学家相信，雌性哺乳动物出生时其卵巢中就储存了可供一生使用的卵细胞。这一教条最近受到来自哈佛大学同一实验室的两项研究工作的挑战。其中的一项研究表明，雌性的性腺在整个成年期内都保持再生卵细胞的能力，另一项研究的结果更令人吃惊，它表明，卵细胞可由来自血液或骨髓的细胞形成。后一项研究引起人们很多注意，人们关注的焦点是，该结果说明有可能恢复进行化疗或过早绝经的妇女的生育能力。所以，当一篇对这些结论中的一些内容表示怀疑的论文6月14日在Nature杂志网上发表后，再次引起人们对该话题进行激烈讨论。该论文来自哈佛大学另一小组，现在以印刷形式出现。这篇论文描述了两只小鼠的循环系统发生合并的实验。没有证据表明骨髓细胞或任何其他循环细胞能形成成熟卵细胞。就算通过血液进入卵巢的细胞，其表现出的也是正常血液白细胞的性质。

7月13日 人造神经运动装置

本期封面所示为BrainGate飞行员临床试验的第一位参与者Matt Nagle。在颈部脊索损伤后，他的胳膊和腿不能动了。布朗大学神经科学系的研究人员与生物技术公司Cyberkinetics及其他三个机构的人员合作，发现与运动有关的信号可通过一个植入的BrainGate芯片从大脑向外传递，使患者能够驱动一个电脑屏幕光标，启动简单的自动装置。这种人造神经运动装置有可能为研制可以代替或恢复瘫痪患者丧失的运动功能的系统铺平道路。（Article p. 164; News and Views; News Feature; ）在这项进展之前，这种类型的工作主要是在猴子身上进行的。在最近的一例这种研究中，研究人员使这类装置的运动速度与当前的装置相比有了很大提高，从而使得研制可在临床上使用的脑机器接口的前景更加乐观。

 

7月20日 食物链的复杂性与稳定性

食物链网络所反映的是哪些生物吃另一些生物，可用来直观反映生物群落的组织。食物链网络是复杂的，达尔文也认识到了这一点，他曾形象地将一个食物链网络比作一个“错综复杂的河岸，它被很多种类的很多植物所覆盖，有鸟儿在灌木丛上鸣唱，有各种各样的昆虫飞来飞去，还有蠕虫在潮湿的土中爬行”。本期封面图片（由Sergi Valverde用Netlab软件绘制，）所反映的是一个根据经验绘制的食物链网络的复杂性，其中的物种是与英国Silwood公园的金雀花相关的物种。Montoya等人对最近关于生态网络的研究工作进行了评述，并对一个矛盾现象进行了分析。该矛盾现象是这样的：理论预测复杂的网络是脆弱的，而复杂性却会发展变化并长期存在。他们得出的结论是，这些网络的确是复杂的，但没有复杂到我们无法了解它们的程度。在反映进食关系的图谱中有简化的模式，“错综复杂的河岸”部分地方不像其他地方那么复杂。随着模拟越来越接近实际，影响生态脆弱性的因素将会变得越来越清楚，这对关于生态影响和保护的研究工作是有好处的。（Review Article p. 259）本期Nature还刊登了反映生态问题的其他文章。在一篇参与生态系统生物多样性争论的文章中，Rooney等人发现，真实食物链网络中有一个重复出现的特征：处在食物链顶端的捕食者会将在生产力和周转率方面都不相同的明显“很快”的能量通道与明显“很慢”的能量通道耦合起来。理论分析表明，这种耦合是食物链稳定性的关键。令人吃惊的是，降低生物多样性的人类行为也会逐渐破坏赋予这种稳定性的结构。所以，现在也许是不要只关注生态系统生物多样性、而要更多关注产生食物链稳定性的因素的时候了。（Article p. 265; News and Views）我们都承认，生态问题是复杂的。但是，需要进行与生物多样性有关的决策时，政策制定者们却没有一个得到大家认可的国际专家组织向他们提供咨询。在气候变化方面，国际上有IPCC（政府间气候变化专门委员会）。现在，生态学家提出要成立IMoSEB，其全称为“International Mechanism of Scientific Expertise on Biodiversity”。(Commentary, p. 245)

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8月10日 5亿年前的动物胚胎化石？

保存非常好的、距今已有5亿年的动物胚胎化石（里面嵌入了磷酸钙，外面也包裹了一层磷酸钙）引起人们很大兴趣，因为它们可能含有关于动物演化一个关键阶段的发育过程的宝贵信息。 这些化石尺寸很小，这使得人们难以对它们进行研究，但一种新开发的方法可以让科学家恢复以前无法接触到的结构细节。这种新方法要用到利用一个同步加速器X-射线光源进行亚微米尺度的断层分析，它被用来解决化石形成过程中的一些极端问题。关于已知最早的两侧对称动物胚胎Markuelia 和 Pseudooides的微型化石的内部解剖结构的引人注目的数据，澄清了关于前者发展史的某些疑问，并且显示了关于后者发育过程的一个以前未知的模型。本期封面所示为一个Markuelia胚胎的一系列虚拟切片，它们既显示了这种动物的胚胎特征，也显示了其死后特征。

8月17日 影响核小体定位的因素

真核基因组在活体中不以裸露DNA形式存在，但在被称为染色质的蛋白-DNA复合物中是以裸露DNA形式存在的。染色质含有核小体，它们是紧紧包裹在一个组蛋白核心周围的短DNA片段，排斥大多数结合DNA的蛋白，所以起抑制剂的作用。在一项研究工作中，研究人员将计算方法和实验方法结合起来，用以确定核小体对DNA序列的偏好，并预测整个基因组范围内核小体的组织。酵母基因组编码一个内在的核小体组织，这可以解释活体中核小体位置的大约一半。该编码在不同真核细胞中都高度保留了下来，它的作用是将转录因子引导到它们的结合点，并辅助很多其他的特定染色体功能。本期一篇配发的News and Views文章讨论了DNA序列和其他调控因子在核小体定位中所起的作用。（Article p. 772; News and Views）封面图片（绘图：Helit Sayfan Altman）所示为带有几个核小体的一段染色质。

    

8月24日 与感知酸味有关的离子通道被发现

近年来，研究人员发现了哺乳动物5个基本味觉中3个的分子机制，它们分别是甜味、鲜味（谷氨酸单钠的一种味道）和苦味。其他两种味觉（即酸味和咸味）的分子机制却捉摸不定。现在，研究人员发现，PKD2L1离子通道是哺乳动物一个候选的酸味传感器。 PKD2L1 (一种多囊肾病类的离子通道)在舌头上一个亚组的受体细胞中表达，这个亚组的受体细胞与主管甜味、苦味和鲜味的受体细胞明显不同。它还存在于脊髓中央管道周围的神经元中，这些神经元会响应于细胞外pH值的下降而诱发行动势。这些细胞可能是科学家长期寻找的脑脊髓液体化学传感系统的构成部分。这项工作为很不相同的生理条件下酸味的感觉指出了一个共同的基础。在本期封面图片上，舌头组织中感知甜味、鲜味和苦味的味蕾标记为绿色，感知酸味的味蕾标记为红色。

8月31日“绿色”的误区

现场铁富集实验的结果使我们关于初级海洋生产力的养分限制的知识发生了革命性变化，但只是在几十公里的尺度上。现在，利用从卫星海洋彩色测量工作中得到的浮游植物生物量和生长率数据，可以在全球尺度上对海洋生产力进行监测。一项新的研究工作将对养分压力的生理响应的认识与范围达数千平方公里的野外数据结合起来，来确定热带太平洋中限制浮游植物生长的因素，其结果要比以前所能做到的更准确。该发现表明，浮游植物的“绿色”并不总能准确反映初级生产力，高表面养分和极低的铁含量使得浮游植物去合成与迅速生长无关的独特的色素蛋白复合物。因此，以前基于卫星的调查结果可能过高估计了热带太平洋的生产力。