本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

12月21日《Nature》

封面故事：与肥胖有关的肠道微生物

肠道微生物可以帮助我们完成我们本身不能完成的一些代谢任务。从某种意义上来说，它们的基因是智人（Homo sapiens）“多源基因组”（metagenome）的一部分。本期两篇相关的论文帮助说明了这一点，它们为微生物在肥胖的形成中所起的作用提供了证据。对肥胖者肠道中两组占主导地位的细菌的含量多少所做的一项研究工作表明，Bacteroidetes细菌数量的增加与体重降低相关联。对遗传性肥胖的小鼠所做的一项研究显示，与同窝出生的瘦的小鼠相比，它们肠道微生物群落利用能量的能力要强一些，而将该微生物群落移植进肠道中没有细菌的小鼠体内时，这种性状也能被转移过去。这项工作说明，与肥胖相关的肠道微生物也许是一种生物标记，并且可能是一个治疗目标。

抗VEGF疗法的一种替代疗法

VEGF（血管内皮生长因子）是得到最好定性的肿瘤血管形成诱发因子，阻断VEGF的功能已经成为癌症治疗中的一个重要工具。但VEGF的阻断并不是对所有肿瘤都有效，所以寻找替代方法的工作在继续。两个小组在本期Nature上报告，其中的一个这种替代方法可能是DII4（即Delta-like ligand 4）的阻断。该跨膜分子是Notch信号作用通道的一部分。过去人们知道它是胚胎中血管正常发育所必需的，而新的研究工作表明，肿瘤血管形成也需要它。它可能是患有对抗VEGF疗法有抵抗力的固体肿瘤的患者的一种可行的、耐受性可能比较好的替代疗法。

关于衰老过程的两个理论可能是一致的

此前，人类XPF基因的突变一直被与温和型的早衰（progeria）联系在一起。现在，研究人员在一个15岁的男孩身上识别出了一个以前不知道的、引起严重早衰的XPF突变（XFE）。XPF的这一突变体形式的性质表明，两个关于衰老过程的看似根本不相同的理论可能是一致的。 有些人认为，衰老是由基因调控的；另一些人认为，衰老是由于DNA损伤的逐渐积累。这两种观点可能都是正确的。被研究人员用遗传工程方法来模拟这种症状的年轻小鼠，表现出正常年老小鼠的很多特征。这些特征包括诱导产生的胰岛素信号作用、细胞死亡增加、以及高抗氧化剂水平和高DNA修复活性。这些发现与DNA损伤来自与衰老相关的功能下降的一个模型是一致的，但遗传学规律（尤其是对胰岛素信号通道而言）影响损伤积累的速度有多快以及功能损失的速度有多快。该发现的一个意义是，通过增强DNA修复体系，也许有可能延长寿命或改善老年时的身体适应性。

同性之间生殖机会竞争规律的一个例外

在其后代中投入最少的一个性别往往能够形成更为明显的第二性征，在争夺异性方面也竞争得最激烈。对海猫所做的一项为期12年的研究工作，让我们看到了一种动物，它们是这一规则的一个例外。虽然雌性海猫比雄性海猫在其后代中投入要多，但它们会更强烈地去争取生殖机会；影响竞争成功与否的性状对其生殖成功与否有更强影响；而且它们还表现出与生殖竞争相关的第二性状发育更多。这种异常行为的根源可能是这样一个事实：雌性的成功生殖所需资源是高度集中的，并且还可能是稀缺的，所以同性之间对繁殖机会的竞争在雌性当中与在雄性当中相比同样受重视或者更受重视。

神经元启动活动势的启动点

不同神经元在其轴突上的不同点上启动其活动势，但这种现象在功能上有什么意义却不清楚。Kuba等人对一种鸟类的听觉系统中的神经细胞进行了专门研究：Nucleus laminaris是一种双耳重合探测器，是研究这一现象的一个很好的模型。他们发现，诱发靠近细胞体的活动势的神经元接听频率较低的声音。电脑模拟显示，活动势的启动点可能也是其他神经元进行重合探测的关键。

　

12月22日《Science》

2006年度十大进展
研究人员在2006年完成了数学史的一个主要章节，对百年难题庞加莱猜想达成共识，这个有关三维空间抽象形状的问题终于被解决了。《科学》和其出版者、非营利的美国科学促进会将这一成果评选为今年的第一大进展。
庞加莱猜想属于被称为拓扑的数学分支，通常被描述成“橡皮上的几何”，因为它涉及能够经历任意拉伸的表面。这个1904年由庞加莱提出的猜想描述一个空间是否与“超球面”(四维球体的三维表面)等价的检验。
基本上与外界隔绝地工作了7年的俄罗斯数学家Grigori Perelman 2002年在互联网上提交了三篇文章的第一篇，这些文章把庞加莱猜想作为一个更雄心勃勃的结果的一部分，给其证明提供了一个轮廓。但是在2003年访问美国之后，这位俄罗斯数学隐士回国后停止了与外界的电话和电子信往来。到了2006年，其他人终于赶了上来。三个独立的小组写出报告填补了佩雷尔曼的证明中缺失的关键细节，现在佩雷尔曼的同行几乎都没有疑问地认为他证明了这个著名的难题。

《科学》评选出的其它9项进展如下，排名不分先后：
从化石中取出DNA: 研究人员用一种解码和分析DNA的新技术，从尼安德特人和猛犸化石中捕获到遗传信息。
冰架在缩小: 研究人员今年记录了这一令人不安的趋势。南极洲和格陵兰岛的冰架都在以更快的速度消失到海洋中。
鱼迈出的第一步: 一个具有结实的连接着的鳍的鱼化石的发现曾是2006年的头版新闻。这种鱼是有肢脊椎动物已知的最近亲，它为生命如何离开海洋登上陆地提供了一个视窗。
隐身术的科学: 虽然它看上去一点也不像哈里波特的魔术披风，科学家今年制造的隐身“斗篷”是第一个将物体在视觉上屏蔽起来的初步装置。这个装置引导入射的微波使其既不反射、也没有影子。
黄斑病变患者的希望: 研究一种被称为老年黄斑病变失明的研究人员揭示，药物ranibimuzab能改善某些患者的视觉，他们还找到了几个影响人们该症易患性的基因。
生物多样性是如何发生的: 从沙滩小鼠、到果蝇、到蝴蝶，这些不同的动物帮助科学家发现导致新物种进化的遗传变化。
显微学的新前沿: 今年，生物学家用新的显微技术来帮助他们观察小于200纳米的细节，为了解细胞和蛋白质的精细结构提供了更清晰的视野。
制造记忆: 2006年的几个发现使神经科学家对了解大脑如何记录新记忆更接近了一步。增强神经元之间连接的被称为“长时程增强”的过程看来很可能是记忆的基础。
新一类的小RNA: 科学家发现了一类关闭基因表达的新小RNA分子，把它们命名为 "Piwi-干扰 RNA"。

本年度的崩溃-科学骗局: 干细胞研究者黄禹锡以及其合作者曾在《科学》发表两篇重要论文，他们制造的骗局在2006年被彻底调查了，本年度也发生了几起其它的科学不端行为。

值得注意的领域: 《科学》预测来年的热门领域和主题包括整基因组相关性研究、光晶格、寻找宇宙的原始氢、以及比较灵长类的基因组。
社论：Breakthrough of the Year, Donald Kennedy
新闻：Breakthrough of the Year: The Poincaré Conjencture--Proved, Dana Mackenzie
新闻：Breakthrough of the Year: The Runners-Up, The News Staff

西班牙发现巨型恐龙化石
西班牙发现的巨型蜥脚类动物的化石表明，欧洲在距今大约1.5亿年前的晚侏罗纪曾有过巨大的恐龙。巨型恐龙过去主要发现于美洲和非洲。这个新的发现被命名为Turiasaurus riodevensis，也许是欧洲陆地动物中最大的。它的重量在40到48吨之间。它的肱骨(指前腿从肩部到关节的长骨头)和成年人一样高。它爪子的第一个指头和美式橄榄球大小差不多。研究人员还找到了头骨、肩胛、股骨、胫骨、和腓骨的碎片以及牙齿、脊椎骨、肋骨、和指骨。这个恐龙是其它大陆上发现过的具有更原始的四肢和骨骼结构的一个新进化枝的一个成员。
报告：A Giant European Dinosaur and a New Sauropod Clade, Rafael Royo-Torres, Alberto Cobos, and Luis Alcalá

模型揭示人类流感的进化
一个人类季节性流感的模型展示了几十年间流感变异的动力学，它显示，虽然流感病毒在不停地突变，只是每2到8年才具有新的强度。搞清楚流感的变化至关重要，因为它在世界范围具有高度的发病率和致命率。Katia Koelle和文章合作者建立了一个展示流感随时间发展的进化史的模型。这个模型显示，大多数流感病毒的突变是中性的。偶然地一个小突变引起蛋白的大变化，使其不被可能的受害者的免疫系统所识别。这个病毒在短时间内利用能不被识别地传播导致流感的大爆发甚至带来死亡。病毒毒性的增加是由hemagluttinin分子的一个主要变化引起的。病毒在下几个流感季节的连续突变也许会导致小的结构变化，但是受害者会有某种程度的交叉免疫力，能够控制病毒的复制。病毒毒性从而减弱，形成新的密切相关的毒株簇。几年后，当一个突变的“逃逸”引起又一次流感高峰时这个循环再次开始。该模型揭示了季节性流感的两个主要的突现模式: 一个遗传多样性的爆发-减弱模式，和一个在簇转变后的复发期。除了与流感发作成功地匹配外，这个模型帮助机械地结合了病原体流行病学与进化。模型也许也适用于其他突变影响疾病发展的疾病，比如疟疾、癌症、和抗生素抗药性等。一篇相关的研究评述讨论了这项研究。
报告：Epochal Evolution Shapes the Phylodynamics of Interpandemic Influenza A (H3N2) in Humans, Katia Koelle, Sarah Cobey, Bryan Grenfell, and Mercedes Pascual
研究评述：Influenza Escapes Immunity Along Neutral Networks, Erik van Nimwegen

松鼠预先计划
研究人员报告说，在红松鼠食用的树木大批产树籽之前，这些松鼠生产比平时更多的一窝仔。这些树用一种“饱和与饿死”的战略来对付吃树籽的动物，它们脉冲式地生产种子。生态学家通常假设生物体的繁殖和种群生长是由它们所需的资源现在或较近的过去的丰富程度所决定的。通过在加拿大、比利时、和意大利跟踪美洲和欧亚大陆的红松鼠的种群，Stan Boutin和同事发现，有些动物也能将它们的繁殖与未来种子的生产脉冲相协调。现在还不清楚是什么信号让松鼠增加繁殖，但是它们会生产更多的仔来利用未来的食物供给。
报告：Anticipatory Reproduction and Population Growth in Seed Predators, Stan Boutin, et al.

太阳系结束时可能会发生什么
研究人员为几十亿年后我们的太阳系可能会发生什么建立了一个模型。虽然一个行星系统及其主宰恒星的寿命结束时会发生什么，现在还不确定，但是Boris Gansicke和同事的研究对此提供了一些线索。这些天文学家研究了相当于我们的太阳质量的75%的热白矮星，该白矮星有一些扁平和盘状的碎片环绕着它，而且有一个不同寻常的离子化钙双峰辐射线。研究人员在辐射中观察到一个频移，证明环绕这个白矮星的物质中有富含金属的盘。所以在很远的未来，我们的行星可能也会以同样的方式崩溃。这个发现也显示行星系统能环绕大质量的恒星形成，因为这个白矮星最初比我们的太阳要大，可能是太阳的8倍。
报告：A Gaseous Metal Disk Around a White Dwarf, B. T. Gansicke, T. R. Marsh, J. Southworth, and A. Rebassa-Mansergas

一个蛋白、两种功能
新研究展示了一个蛋白如何响应不同的环境来完成两种完全不同的功能，铁调节蛋白IRP1在富铁细胞中的作用是催化，而在贫铁细胞中，它帮助调节涉及铁输运、存贮、或利用的基因的表达。William Walden和同事确定了IRP1蛋白与信使RNA中一个响应铁的元素结合的晶体结构，为该蛋白的部分如何为完成这两种不同的任务重新排列提供了线索。一篇相关的研究评述讨论了这些发现。
研究文章：Structure of Dual Function Iron Regulatory Protein 1 Complexed with Ferritin IRE-RNA, William E. Walden, et al.