本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

09月28日《Nature》

封面故事：固体中或室温下的玻色－爱因斯坦凝聚

玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）是首次于1924年假设存在的一种物质形式，已经在超低温度下、在稀释原子气体中进行了著名的演示试验。现在，科学家正在为寻找BEC能够出现的固态体系做很多努力。理论上，半导体微腔（光子被束缚在其中，并与电子激发态耦合在一起，导致偏振子的生成）有可能允许BEC在低温学中标准的温度下出现。现在，Kasprzak等人报告了偏振子在这样一个微腔中被激发的实验。 在超过一个临界偏振子密度时，一个宏观量子相的自发形成就会出现，代表一种固态的BEC。如果光子与固态激发的耦合足够强的话，BEC还应可能在更高温度下出现。Demokritov等人已经做到了这一点，他们在室温下、在一种磁振子（一种类型的磁激发）气体中观测到了BEC。封面所示为BEC开始形成时的粒子-粒子相互作用。

与干细胞衰老调控有关的蛋白

在本期Nature中，三个实验室分别报告了一种蛋白的发现。该蛋白专门在干细胞中调控衰老。 这个发现可帮助回答一个根本问题：为什么哺乳动物的祖先细胞随着年龄增长会逐渐失去其分裂和生成新细胞的能力？Norman Sharpless及其同事培育出一种剔出了肿瘤抑制因子p16 INK4a的小鼠，该因子是细胞周期控制中涉及的一种蛋白，已知会以一种依赖于年龄的方式表达。在对该蛋白在血液、胰腺和大脑的再生中所起作用进行的研究中，三个小组分别发现，p16 INK4a不仅是一种生物标记，而且是衰老过程的一个促成因子。通过比较p16 INK4a在小鼠体内表达增多或减少所产生的效应，他们发现，p16 INK4a阻止干细胞的增殖，但只是在比较老的小鼠体内。综合起来，该研究表明，p16 INK4a通过肿瘤抑制因子的行动减少癌症的发病，与此同时通过降低干细胞功能对衰老做出贡献。该研究还表明，2-型糖尿病也许与胰岛失去再生能力有关，阻断该蛋白在某些组织中的作用，也许能够抵抗衰老的某些效应。

大气中甲烷水平变化的原因

过去20年里大气甲烷水平的变化有很好的记录，但这些变化的原因仍然不确定。Bousquet等人采用倒转的（即从上到下的）模拟方法来对1983和2004年间不同来源的甲烷排放所发生的变化进行量化。他们发现，上个世纪90年代大气甲烷增长速度的下降是由人为因素造成的排放的下降引起的，但人为因素造成的排放1999年以来又再次增加了。迄今，这种趋势一直被湿地排放的巧合降低所掩盖，但它有可能引起不远的将来甲烷总量再次增加。


亚马逊/圭亚那地盾地区的生物数据库

在亚马逊流域/圭亚那地盾地区从事研究工作的研究人员积累了大量生态学数据集。现在，这项研究工作已经被综合在一个数据库中，内容涵盖25万棵树，它所提供的信息能够明显帮助我们认识亚马逊生态系统的生物多样性及其在全球气候系统中的位置。整个亚马逊地区树木组成和功能中两个主导梯度很明显，反映了土壤肥沃程度的分布和旱季长度的差别。这些数据还表明，圭亚那地盾中豆类的主导地位是由于它们的种子质量大，所受到的干扰小，而不是由于它们的根部能够适应贫瘠的土壤。

油菜类固醇和茁长素之间的相互作用

油菜类固醇和茁长素是植物生长的重要调控因子，这两个通道经常调控同样基因的事实表明，它们之间一定有某种相互作用。而它们到底是怎样相互作用的却仍然是个谜，但新的证据表明，它们是在相当早的时候就有相互作用，甚至在胚根生长的最初阶段，它们就通过一个反馈环进行交流，这个反馈环以一种依赖于茁长素的方式维持油菜类固醇的水平。反过来，油菜类固醇会限制由茁长素诱导产生的转录响应的速度。对油菜类固醇水平敏感的拟南芥基因数量要比以前所认为的多很多，已知调控根部细胞增殖和伸长的BREVIS RADIX基因，被发现在油菜类固醇/茁长素相互作用中是一个重要参与者。

细胞溶解酶颗粒真正的输送方式

细胞毒性T-淋巴细胞是免疫系统的一个重要部分，在免疫突触上通过释放分泌性溶酶体中的内容来杀死目标。人们一般假设（通过与黑素细胞进行比较），细胞溶解酶颗粒是通过短的、加号端朝前的微管从微管组织中心向肌动蛋白细胞骨架运动的，目的是到达免疫突触。但实际上不是这样。现在，细胞毒性T-淋巴细胞被发现独立于肌动蛋白或加号端微管马达，而是利用一种由中心体的运动控制的新机制来输送致命的细胞溶解酶颗粒。

ATP酶泵离子的工作方式

P-型ATP酶离子泵存在于几乎所有细胞膜中，推动离子逆其浓度梯度穿过细胞膜。结构研究在近年来取得巨大进展，现在我们对离子泵里面是什么样子已经知道了很多，但仍然不清楚它们是怎样在一侧收集离子而在另一侧释放它们。现在，通过利用海洋毒素palytoxin来解耦Na+、K+-ATP酶的泵离子转位通道的控制门，从而将该泵转变成一种阳离子通道，Nicolás Reyes 和 David Gadsby获得了关于离子泵作用方式的一个新观点。在细胞外侧，离子通道以一个又深、又宽的门廊的形式开始，这个门廊突然变窄，形成一个阳离子选择性过滤器，由酸性侧链组成。引人注目的是，将它们当中仅仅一个的负电荷逆转，就会将该通道从阳离子选择性通道变成阴离子选择性通道。

酵母细胞中的“沙漏”

在重要的亚微米尺度上来研究细胞结构的分析方法几乎没有。Alina Vrabioiu 和 Timothy Mitchison已经研究出一种新方法，并用它来解决关于正在分裂的酵母细胞中的“沙漏”特征的结构的一个长期存在的争论。刚性附着的GFP的偏振荧光显微镜观测结果，被用来确定septin细丝的组织和septin的动态。Septin是与细胞分裂密切相关的一种聚合GTP酶。研究人员观察到，这些细丝在活酵母中形成有序组合，并在胞质分裂(cytokinesis)前转动90°。

9月29日《Science》

免疫细胞预测直结肠癌预后

研究结肠直肠癌患者的科学家发现，肿瘤中免疫细胞的类型、密度、以及位置，比病理的常规化验，能更好地预测患者预后。尽管过去用小鼠做的实验显示，免疫系统控制肿瘤的生长，但是在人类是否也是这样比较有争议。Jérome Galon和同事研究了结肠直肠癌的三个不同患者群体，发现通过采集肿瘤中的免疫细胞的有关信息，他们能更准确地预测疾病的临床进程，比如肿瘤复发前患者的生存时间。这些结果支持了人类免疫系统影响肿瘤行为的观念。采集这些免疫数据也许会使找到最适合病人个体的治疗变得容易。 
报告：Type, Density, and Location of Immune Cells Within Human Colorectal Tumors Predict Clinical Outcome, Jérome Galon, et al. 


联系药物、基因、与疾病

一个研究小组报告了建立大规模的药物如何影响健康和疾病细胞数据库的初步成果。他们称这个项目为"联系图(Connectivity Map)"，因为它有揭示药物、基因、与疾病之间联系的能力。项目旨在汇编身体细胞处于各种状态的基因组"识别标志(signature)"，使研究一个具体候选药物的研究人员可以将一个识别标志输入到数据库中，来发现该药物可能的新作用。为了建立这个数据库的第一批数据，Justin Lamb和同事搜集了用146个有生物活性的小分子处理的培养人类细胞的基因表达谱，这些小分子包括抗癌药物gedunin、雌激素、以及某些抗精神病药。研究人员也搜集了诸如食物引起的肥胖症、阿尔兹海默氏症、以及抗药物的白血病细胞的基因识别标志。用图形匹配软件来挖掘这些数据，作者发现了药物作用的可能机制，证实了已知药物的应用，也发现了已知药物可能的新应用。 
研究文章：The Connectivity Map: Using Gene-Expression Signatures to Connect Small Molecules, Genes, and Disease, Justin Lamb, et al. 

地球炎热的过去的二氧化碳浓度更高

为了了解如果我们在下100年中像现在这样继续燃烧化石燃料的话，气候将会怎样变化，研究人员回顾了过去6500万年中全球温度持续最高的时期。Tim K. Lowenstein和Robert V. Demicco研究了来自约6500万年到4900万年前始新世的矿石证据，确定出那时的大气二氧化碳体积浓度高于1,125ppm，这是工业化前大气二氧化碳浓度的四倍。一些科学家估计，如果我们继续用化石燃料作为世界的主要能源，地球二氧化碳的水平将达到1,000ppm。本文作者用对远古二氧化碳量的估计是建立在与大气接触的水中沉降出的碳酸钠的分析上的，他们的样品来自美国的科罗拉多和怀俄明州，以及中国和土耳其。 
简报：Elevated Eocene Atmospheric CO2 and Its Subsequent Decline, Tim K. Lowenstein and Robert V. Demicco 


发现较大恒星周围的发光盘

科学家在一个比我们的太阳大2.5倍的恒星周围，发现了一个尘土、碎片和气体的发光盘。天文学家过去不太清楚这样的盘是否能在比太阳大的恒星周围形成。Pierre-Oliver Lavage和同事发现了这个恒星HD 97048周围的发光盘，该恒星位于Chameleon I暗云中，是太阳的2.5倍。他们的发现是用位于欧洲南方天文台的特大望远镜成像仪和光谱仪(VSIR)的中红外段做出的。研究人员提出，该盘的年龄还很短，所以也许能观察到正在演化中的原行星，也许其中有行星正在形成。 
科学特快报告：Anatomy of a Flaring Proto-Planetary Disk Around a Young Intermediate-Mass Star, Pierre-Olivier Lagage, et al. 
基因组学与生命之树

给所有活的东西建一个生命之树是系统分类研究人员面临的一个挑战。Antonis Rokas在本期一篇研究评述中写道，虽然第一个基因组是在10年前的测定，但是基因组已经对系统分类有了很大的影响。基因组数据使研究人员发现了建立生物之间早期关系的新的标记。大量的数据给系统分类建设的推断以更多的信心，但也带来了挑战。研究人员需要更大的计算机和新的统计算法来处理这些数据。有些棘手的问题也变得更清楚，包括某些基因历史看起来更像进化网络而不是树。比较基因组学将使可以得到的分子数据极大地增加，从而在组建一个更清晰的生命之树上起关键作用。 
研究评述：Genomics and the Tree of Life, Antonis Rokas 


本期专题部分：基因组的故事

看来进化是一个缓和紧张关系的故事，对变化环境的适应是与功能严密的生物机器需求的一场拉力战。在本期专题部分，三篇综述和一组新闻讨论了这个复杂故事的不同方面。通过比较基因组学，科学家正在了解哪些影响促进多样性或给我们的生物机器施加约束。比较基因组学也给人类生理的进化历史提供了线索，同时可能会提示治疗疾病的新方法。 
专题介绍：Genomic Tales, Barbara R. Jasny, Elizabeth Pennisi, and John Travis