本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

封面故事：宇宙中的暗物质分布图

本期封面所示为宇宙中“暗物质”第一个大规模分布图的部分内容，是利用在“哈勃太空望远镜”迄今最大的一次勘测活动中获得的图像做成的。暗物质是一种神秘的物质，在宇宙的物质中居支配地位，但既不发光，也不反光，因而是看不见的。它可以通过引力透镜效应（即前景中任何浓度的物质对来自遥远星系的光的反射）来间接探测。新的分布图描绘了一个由随着时间的推移而形成的暗物质细丝构成的网络，细丝之间被巨大的空隙所隔开。而在这个由暗物质搭建成的脚手架中间，在一次由引力诱导的结构形成过程中，普通“重粒子”（仅占宇宙中物质的1/6）随后形成了所有恒星、星系和行星。封面图片：NASA/ESA/R. Massey

具有脂肪代谢功能的果蝇细胞

果蝇与人类有很多共同基因，实践证明它们对了解几种人类疾病来说很有用，但它们的脂肪代谢机制一直是个谜，这限制了果蝇（及其很多遗传工具）在肝病和肥胖研究中的应用。所以关于果蝇体内也存在具有脂肪代谢功能的细胞、与人类肝脏中同样功能的细胞类似的发现，可以说是一项重要进展。这些细胞是绛细胞(oenocyte)，首次于140多年前发现于昆虫，但以前未发现其有某种特定功能。

DNA复制所必需的CDK目标为蛋白Sld2 和 Sld3

“依赖于周期蛋白的激酶”（CDK）调控很多细胞事件，包括细胞周期。它是决定DNA复制什么时候开始、一个细胞什么时候分裂的激酶之一。现在，两个研究小组报告，他们发现DNA复制所必需的CDK目标为蛋白Sld2 和蛋白 Sld3。这项工作是用酵母进行的，但很可能高等真核生物也保留了一个类似机制。这一发现为了解DNA复制的分子机制及将控制细胞增殖作为一种可能的化疗手段都开启了一个新的窗口。

1918年的流感病毒本身的确厉害

1918年的“西班牙流感”疫情极为严重，导致大约5000万人死亡。但为什么该疫情破坏力如此之大？也许是因为缺少用来对抗二次感染的抗生素，也许是由于社会经济方面的因素。但用最近重建的1918年流感对非人类灵长目动物所做的实验感染表明，该病毒本身的致命性是一个重要因素。它实际上是对实验感染的非人类灵长目动物能够致命的惟一流感病毒。 此外，1918年的流感病毒（而不是传统的人类病毒）能抑制先天免疫反应。因为当前流行的H5N1病毒也能引起与1918年病毒所引起的类似的严重肺部感染，并且也能影响先天免疫反应，所以保护宿主免疫系统中这部分功能的干预措施，也许能够减轻这些流感病毒所造成的感染的严重程度。

弓形虫致病能力差异性之谜

原生动物“刚地弓形虫”（Toxoplasma gondii）能引起细胞内感染，而病情严重程度则相差极大，既有不可避免的死亡，又有基本没有症状的情况，也有慢性感染。造成这种差异性的原因一直有点像谜一样，但现在研究人员已经识别出了有可能解释该现象的一种酶。研究发现，弓形虫能向宿主细胞中注入一种蛋白激酶，该激酶会被迅速转送进细胞核，在那里它会大大改变基因表达，包括决定宿主对感染反应的基因。不同类别的弓形虫有不同版本的这种蛋白，这有可能解释其致病能力为什么有很大差异。

在室温之上具有磁序的新型金属有机物

全部或部分由分子成分组成的室温磁体的例子很少见，尽管科学家在这方面进行了深入研究。它们的重要性在于其有可能以全新的方式来制备和加工，或者有可能产生性能可由光或其他外部力量控制的新型磁体。Jain等人现在报告了一组新的杂合型金属有机物材料，它们在远远高于室温的温度上能够表现出磁序。这些材料的精确结构尚未确定，但它们基于溶液的合成路径的多功能性却表明，应当有可能制备出一系列相似的磁体来。

肌动蛋白网络的变硬与变软

细胞的机械性能由一个互相连接的肌动蛋白丝网络来控制。过去，研究人员主要是将肌动蛋白网络作为随机组织在一起的细丝来在试管中进行研究的，实验显示，该网络在应力作用下会变硬。对树状肌动蛋白网络（与一些游动细胞中的网络类似）所做的一项新的研究显示，这些架构的确会发生应力变硬，但在更高负荷下又会发生可逆的应力变软。这些树状架构似乎更适合承受高压缩负荷，但这种网络的机械性能更普遍地来说是不同弹性体系的一种复杂的相互作用的结果。

季风强度变化对整个亚太地区都有不利影响

根据大规模珊瑚对过去6300年所做的详细气候重建，记录了“印度洋双极”（对印度洋地区的降雨有深远影响的一个气候振荡）以前不知道的变化。这些新的记录显示，在印尼长期干旱与强亚洲季风降雨期之间有一个未曾料到的联系。亚洲季风强度未来的变化因此有可能会比以前的预测产生更广泛的后果。对季风强度变化的预测一直主要集中在对亚洲和印度的影响上，但新的数据表明，它对整个大洋洲和亚洲地区都有不利影响。

sH气体水合物已被发现并定性

天然气水合物（由束缚在水分子笼中的“客体”分子组成的冰一样的固体）是一种潜在的能源，在气候变化和海床塌陷中也可能扮演一个角色。实验表明，有三种常见的气体水合物结构—sI、sII和sH，但只有sI和sII水合物在自然环境中被发现。现在，sH水合物（与sII水合物密切相关）也已在从距温哥华岛80 公里的巴克利峡谷收集的海床样品中被识别出来。这种复杂的气体水合物比sI和sII水合物能束缚更大的客体分子，比sI水合物更稳定。这表明，气体水合物可能比以前所想的分布更为广泛。

决定鸟类飞行功能的一个关键解剖特征

关于飞鸟从不能飞的祖先演化而来的长期争论，往往集中在单独的翅膀功能的不同方面上。但是现在，研究人员将比较解剖学、三维扫描和机械测量方法结合在一起，识别出一种解剖特征，该特征在真正受控飞行的演化中可能是一个关键步骤。被称为“acrocoracohumeral ligament”的韧带是由纤维组织构成的一个环，其作用是稳定翅膀，使其不向下降落，并且由于它不是肌肉的，所以该韧带不用费力就能发挥这种功能。这个韧带在如始祖鸟等已经灭绝的早期鸟类身上要么不存在，要么发育很差，所以它们需要用肌肉的力量来维持稳定的飞行。

额叶前部皮质与运动的抽象归类

额叶前部皮质被认为通过高等信息处理过程来参与控制灵长类的行为，尽管这种处理过程的性质尚不清楚。要记住大量的各种复杂运动会很难，但将这些运动归纳为几大类（如涉及将同一类型的动作重复几次的运动），就可以使这个任务变得容易一些。Shima等人报告，侧额叶前部皮质中的神经元在这样的运动之前就被激发了，这说明它们代表着运动行为的一个抽象类别，而不是各个运动序列本身。这种类型的抽象归类有可能是额叶前部皮质的一个普遍性质，也许是帮助复杂行为的过程之一。

 

1月19日《Science》

耐甲氧西林金葡菌可能导致致命肺炎
研究人员确定了携带毒素Panton-Valentine Leukocidin (PVL)的金黄色葡萄球菌的病理特征，PVL毒素能引起致命的坏死性肺炎，与甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(MRSA) 在社区爆发有关。MRSA正在从医院的病房传播到更广泛的社区，在健康人口中导致严重的疾病。据美国疾病控制和防治中心的资料，与社区有关的MRSA占所有MRSA病例的12%。Maria Labandeira-Rey和同事发现，该细菌的致病情况比过去认为的要复杂。小鼠模式的研究揭示PVL本身就能导致肺炎。这个葡萄球菌将表达毒素成分的两个基因插入生物体，这些毒素分别抑制总体和肺脏的炎症。这种葡萄球菌大大增加了被与社区有关的MRSA 感染的人群患危险肺炎的风险。
科学特快报告：Staphylococcus aureus Panton Valentine Leukocidin Causes Necrotizing Pneumonia, Maria Labandeira-Rey, et al.

色泽鲜明的白色甲虫壳
一项新研究指出，金龟属(Cyphochilus)甲虫白色的壳比牛奶和牙釉等自然界白色材料的色泽更鲜明，而且比鲜艳的白色合成材料薄好几倍。研究人员也许能从这种壳结构中获取灵感来增强合成物体（比如发白光的器件）的白色。Pete Vukusic和英国的同事在本期一篇简报中描述了覆盖这种甲虫的躯体、头部和腿部的平的相互重叠的壳。与其它的颜色不同，白色在动物中不常见，因为物体必须能散射所有波长的可见光才会看上去是白色的。研究人员显示，甲虫壳的结构，与其它白色的天然或合成的"光子固体"一样，能散射所有波长的可见光。
简报：Brilliant Whiteness in Ultrathin Beetle Scales, Pete Vukusic, Benny Hallam, and Joe Noyes

走神的大脑什么样
一项用大脑成像技术做的研究揭示了走神时大脑的活跃区域，提出走神看来是人类大脑不面临挑战时的默认反应。在大脑受到挑战时，不同的区域变得活跃。Malia F. Mason和同事通过用功能磁共振成像(fMRI)技术，在试验对象从事简单的重复性任务时，观察了他们没有受到刺激的思维过程。研究人员也观察了试验对象进行挑战性的新任务时的大脑活动。他们确定了在从事经常性的工作时大脑处于休息或做白日梦时皮层区域的一个默认网络。当试验对象从事新任务时，他们的大脑在默认皮层网络的活动有变化。除了fMRI的测试，试验对象自己报告说，在做单调工作时他们更容易走神。Mason和同事显示，在从事挑战性的任务的间隙，大脑进入做白日梦的默认活动。
报告：Wandering Minds: The Default Network and Stimulus-Independent Thought, Malia F. Mason, et al.

枯枝落叶层的腐烂与氮释放
一个新模型使研究人员能够预测枯枝落叶层腐烂引起的氮释放的全球模式，这个过程对地面植物生长有重要的影响。虽然该过程对地面生态系统很重要，但是人们对枯枝落叶层腐烂与氮释放的大尺度、长时间的模式了解甚少。气候研究人员也希望能更好地了解枯枝落叶层的腐烂，因为该过程每年比化石燃料燃烧释放的碳要多。William Parton和同事分析了来自一个10年的全球规模试验的数据，发现在大多数情况下，枯枝落叶层腐烂所释放的氮主要与腐烂植物组织和腐烂物质中原来含有的氮有关，与气候或其他条件无关，这与过去认为的不同。
报告：Global-Scale Similarities in Nitrogen Release Patterns During Long-Term Decomposition, William Parton, et al.

可用电场调制的磁性
当一个铁磁薄膜浸没在电解质溶液中时，它的磁性能用一个小电场来控制。Martin Weisheit和同事在一个氧化镁的衬底上制造了2纳米厚的有序的铁-钯薄膜，然后将其 浸没在液体电解质中，电解质为薄膜的铁磁层提供了一个势垒。通过在势垒间施加一个电压，科学家能相当大地调节与电解质接触的薄膜层中的铁磁磁化。这个发现可能应用于低电压消耗和快速的存储部件中。
报告：Electric Field-Induced Modification of Magnetism in Thin-Film Ferromagnets, Martin Weisheit, et al.

评估农田的鸟类风险
科学家用一个新的风险评估框架来预测农业变化对生物多样性和生态系统服务的影响。农业对许多生态系统中生物多样性的消失起主要作用，2050年农业产量将是现在的一倍的预测意味着农业给生态将带来深刻的影响。Simon James Butler和同事设计了一个基于特征的风险评估框架来预测环境变化的作用，并用已经在英国被观察的57种农田鸟类的样品检验了他们的方法。研究人员用6个关键环境成分来评估鸟类风险，这些成分被认为造成了自1970年以来一半的农田鸟类的消失，它们包括从秋季播种改为春季播种，农业化学物使用的增加，以及非作物栖息地的消失。框架得出的结果与农业进一步强化带来的鸟类种群的变化紧密地吻合。Butler和文章共同作者通过计算两种可能的变化的影响，演示了这一工具的有效性。首先他们发现，引入两种基因工程改造的耐除草剂的作物对鸟类的影响不大。第二，他们发现，作物用地造成的食物和栖息地的消失将减少农田鸟类的种群数。这个风险评估工具可以用来帮助制定政策和作决定。Tim G. Benton在一篇相关的研究评述中讨论了这项研究。
报告：Farmland Biodiversity and the Footprint of Agriculture, S. J. Butler, J. A. Vickery, and K. Norris
研究评述：Managing Farming's Footprint on Biodiversity, Tim G. Benton