本期《自然》《科学》精选

【字体: 时间:2007年03月19日 来源:生物通

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  本期《自然》《科学》精选

  

生物通综合:

3月15日《Nature》

封面故事:瑞典博物学家林奈诞辰300周年

2007年是瑞典博物学家林奈(Linnaeus)诞辰300周年,本期Nature也来凑这份热闹。相关文章包括对系统发育基因组学现状的分析、关于《濒危物种法案》的政治问题、以及对业余分类学家所起作用的分析与评估等。两篇评论文章(分别在第259页和261页)讨论了在数据处理方式发生了革命性变化和生命科学其他领域迅速发展的情况下继续采用林奈物种分类方法所存在的问题。Staffan Müller-Wille解释了在Systema Naturae中提出的risqué概念何以使得分类学被当成一种业余爱好而流行。事实上,林奈的著作今天仍然在影响着生物学研究,读者在本期Nature上第279页和第312页的研究论文中就能发现林奈思想的强烈影响。而且,如果你仔细看的话,也许在本期其他地方也能找到这种影响。Page: 247

杂交物种形成方式可能更普遍

杂交在新物种形成中的作用是一个有争议的话题。在植物中,涉及多倍体的杂交物种形成(例如染色体的复制)很常见,而在本期的一篇综述文章中,James Mallet提出的遗传学证据表明,没有多倍体的杂交物种形成要比所想的更普遍。也许令人吃惊的是,该观点除了植物外也适用于动物,包括人类在内——在人类这个分支中,杂交甚至在智人(Homo sapiens)起源之初就是一个因素。Page: 279

SOCE的分子基础已基本清楚

“钙池调控钙离子进入”(SOCE)是一种普遍的信号过程,在这一过程中,内质网(ER)中Ca2+水平的降低诱发Ca2+穿过胞质膜向里流动。自Jim Putney首次于20年前描述这一过程以来,SOCE已经在几乎所有细胞中被探测到,它涉及到诸如分泌、生长控制、淋巴细胞激活和免疫等重要功能。尽管人们对SOCE非常感兴趣,但其分子基础在前不久为ER Ca2+传感器编码的基因以及“由Ca2+释放激活的Ca2+”(CRAC)通道被发现之前仍然不清楚。现在,关于CRAC通道激发过程和SOCE过程的一个分子画面正在开始出现。 Page: 284

一个由碰撞产生的“柯伊伯带天体”家族

在小行星带中,有很多单独的小行星家族,每个家族由有相似轨道的很多小行星组成,它们是一次灾难性碰撞所留下的残留物。过去,在海王星以外的遥远太阳系中一直没有探测到由碰撞产生的小行星家族。但是现在,Brown等人介绍了一个柯伊伯带天体(KBO)家族,它们的表面性质和轨道与2003 EL61的几乎相同,后者是第三大已知的KBO,大到足以拥有两个卫星。 该家族成员自形成它们的碰撞以来的历史,将为了解太阳系中巨大碰撞的后果提供新的数据。 Page: 294

中耳的演化过程

中耳的三块小骨头由爬行动物下颚构成部分的形成,是哺乳动物演化过程中的一个关键事件。以前,这一过渡从未像在一个原始哺乳动物化石中所看到的那么清楚。该化石是最近在中国义县组的一个新地点发现的,位于辽宁省的经典化石产地以西300公里。在这一标本中, 中耳骨仍然由麦氏软骨(Meckel’s cartilage)与下颚连在一起,这个过渡与下背部一次相应的重塑相关。但情况并不像表面上看起来那样明了。该化石的演化关系表明,要么“现代的”中耳独立演化过两次,要么它曾经涉及过至少一个古代分支、然后又在它们身上消失了。Page: 288

用非吸收性原子流探测光子

在连续观测的微观量子体系中,应有可能探测到被束缚的粒子的量子态的突然变化或跃迁。科学家已经用有质量的粒子如电子和分子等做到了这一点,但对没有质量的光量子一直没有可能做到,因为标准的光探测器吸收光,使得无法对同一光子进行重复测量。现在,通过使用一个非吸收性原子流来探测存储在一个超导空穴中的微波光子,这一障碍已经被克服。高度关联在同一状态的数百个原子的次序被突然的状态切换所中断。这些电报信号记录着单个光子的出生、寿命和死亡。这个结果接近了爱因斯坦希望对单个光子进行测量和称重的梦想,而在该实验中,一个原子流充当了爱因斯坦所希望的灵敏天平。 Page: 297

能钻比本身尺寸小很多的光钻头

机械工具的尺寸限制了它们的空间分辨率。例如,对一个钻头来说,其直径就决定了它所能钻的(最小)孔的大小,用10-毫米钻头来钻1-毫米的孔显然是不可能的。然而,在光学世界里,这种“不可能”是能够发生的。Aeschlimann等人展示了一种基于光的工具,它不仅能够钻比其本身尺寸(由其波长决定)小很多的孔,而且能够在可以选择的位置上做到这一点,这些位置可以以光速来改变。该实验将适应性控制与纳米光学结合在一起,来控制光与物质之间的相互作用,分辨率可以达到亚波长水平,时间精度可以达到飞秒级。 Page: 301

震动、慢滑动与地震

持续时间较长的地震信号会在一些大断层上间歇性出现,经常伴随着非地震事件或“慢滑动”地震事件。这种震动背后的机制及其与非地震滑动的关系尚未被弄清。David Shelley等人发现,日本四国地下的震动可以解释为大量小型低频率地震,其中每次都是作为潜没带板块界面上的剪切断层作用出现的。这表明,震动和慢滑动是一个单一过程的不同显示方式。 Page: 305

排水草科是被子植物的近亲

排水草科(Hydatellaceae)是小型水生植物,生长在不引人注目的地方,传统上被认为是单子叶开花植物,与草本有关。现在,研究人员利用最新分子技术对它们进行了研究,发现它们原来是睡莲(水百合)等基础被子植物的近亲,这便大大提升了它们的重要性。它们似乎属于一种以前未得到认可的分支,是从接近被子植物根部的地方分出来的一个分支,它是对1999年发现的三个最深的分支的一个根本性的补充,这三个分支曾经重新引发分子生物学家对被子植物起源的兴趣,达尔文曾经将其起源称之为一个“可恶的秘密”。Page: 312

血液的形成与信号作用

在本期Nature上,来自不同研究小组的两篇论文在果蝇的淋巴腺中确定了一个信号作用中心,它控制血液细胞前体的维持。在果蝇淋巴腺的“后信号作用中心”(PSC)中产生的信号,通过JAK/STAT 和 Notch信号作用通道控制先祖细胞和发生分异的血液细胞的平衡。Mandal等人还发现,PSC是被同源基因Antennapedia在胚胎发育早期确定的。Krzemien等人发现,来自PSC的Notch信号作用控制Collier,它是果蝇身上相当于哺乳动物早期B-细胞因子的一个成分。这项工作表明,关于血液形成的果蝇模型体系,有可能是对与自己的生存环境发生相互作用的血液细胞前体进行基因操纵和直接活体成像研究的一个重要工具。 Page: 320

组蛋白伴护分子CIA/ASF1的晶体结构

核小体(染色质结构的最小单位,由组蛋白和DNA组成)的结构转换对由DNA调控的反应有关键效应。核小体组装和分解的机制一直难以确定,但是现在,一个与组蛋白H3 和 H4形成复合物的组蛋白伴护分子CIA/ASF1的晶体结构已被确定。该研究显示,这一伴护分子能够破坏组蛋白H3-H4四聚物的结构。 Page: 338

3月16日《Science》

本期专题部分:国际极地年
极地储藏了有关过去和现在气候的大量信息,也能为未来的气候提供线索。来自十几个国家的科学家本月启动一个为时两年的名为国际极地年的项目,集中力量来研究北极和南极地区。了解曾经发生过什么将为未来会发生什么提供线索。本期《科学》发表的论文描述了影响我们星球的生态和生物化学循环的极地过程,包括冰盖物质平衡、海平面上升、以及大气化学等。
专题介绍:Momentous Changes at the Poles, Elizabeth Pennisi, Jesse Smith, and Richard Stone


雷达揭示火星表面下的冰层
Jeffrey J. Plaut和一个国际小组报告说,对火星南极堆积沉淀层的雷达分析揭示,这些巨大结构的成分是纯水冰,如果将其分布到全球,足以形成11米深的水层。研究小组用"火星快车轨道器”上的火星地下和电离层探测高新雷达(简称MARSIS)装置穿射到南极沉积层的底部,对该区域做了详细的测绘。该小组过去曾对火星北极做过类似的观察。雷达能基本不衰减地穿过冰层,意味着冰几乎是纯水的。研究人员探测了沉积层的底部,发现在极地300公里以内有一组埋在下面的凹地,可能是过去撞击形成的陨石坑。这些沉积层本身不对称而且不均匀。
科学特快报告:Subsurface Radar Sounding of the South Polar Layered Deposits of Mars, Jeffrey J. Plaut, et al.


自闭症的遗传线索
一项新研究显示,自闭症障碍症候群患者比正常人更可能有某些DNA序列的额外拷贝。这些被称为“拷贝数变异”的突变在不同的患者身上影响不同的基因,意味着自闭症行为能来自许多不同的遗传缺陷。拷贝数变异主要影响偶发病例,也就是兄弟姐妹中只有一人患自闭症的情况,而在家庭病例(多个兄弟姐妹患病)中不太重要。虽然双胞胎研究曾揭示自闭症具有高度遗传性,但是大多数病例没有家族自闭症史。研究遗传模式的连锁和关联分析未能找到强的候选基因,意味着自闭症的遗传风险是一个相当复杂的问题。Jonathan Sebat和同事分析了264个家庭中的拷贝数变异,包括118个有一个自闭症患者的“单纯性”家庭、47个有多个患者的“多发性”家庭、以及99个没有自闭症诊断的对照家庭。他们在10%的单纯性家庭、2%的多发性家庭、以及1%的对照家庭中发现拷贝数变异。文章作者指出,这些变异看来在自闭症中起主要作用,但是不知道变异是如何起作用的。
科学特快报告:Strong Association of De Novo Copy Number Mutations with Autism, Jonathan Sebat, et al.


帮助新的免疫细胞进入循环系统
一项可能帮助为移植患者设计免疫抑制药物的新研究发现,一个帮助新的免疫细胞从脾脏和淋巴结进入身体的循环系统的强有力的信号发生分子有两个不同的来源。统称为淋巴细胞的免疫系统T细胞、B细胞、和自然杀伤细胞在胸腺、脾脏、和淋巴结中发育后进入血液和淋巴循环。一个叫S1P的分子帮助淋巴细胞进入循环,是目前正在临床试验的免疫抑制和自身免疫药物的靶标。Rajita Pappu和同事现在揭示,帮助淋巴细胞进入血液的S1P分子来自红血细胞,而帮助淋巴细胞进入淋巴系统的S1P另有来源。这些供给使淋巴细胞跟随一个淋巴组织和两个循环系统之间的梯度。该发现也许能帮助改进免疫抑制和S1P路径激活的方法。
科学特快报告:Promotion of Lymphocyte Egress into Blood and Lymph by Distinct Sources of Sphingosine-1-Phosphate, Rajita Pappu, et al.


对流层的气溶胶量有所下降
Michael I. Mishchenko和同事在本期一篇简报中报告说,离地球表面最近的大气层-对流层中的气溶胶量在过去十年中降低了。大气气溶胶在气候变化中起重要的作用。为了了解其长期趋势,研究人员分析了全球卫星对海洋上空气溶胶光学厚度(简称AOT)估计从1981年到2005年的最长连续纪录。这些数据来自国际卫星云气候学计划的改进甚高分辨率辐射仪的记录。研究人员估计从1991年到2005年气溶胶层减少了约2%,他们也期待着用美国航空航天局的计划在2008年发射升空Glory项目一部分的气溶胶偏振测量感应器(Aerosol Polarimetry Sensor)来监测人类活动产生的太空气溶胶的趋势。
简报:Long-Term Satellite Record Reveals Likely Recent Aerosol Trend, Michael I. Mishchenko, et al.


生命的第一个遗传分子是什么样的?
新研究为生命的第一个遗传分子可能是什么样的提供了线索。生物都靠由DNA组成的基因和蛋白质酶来实现细胞功能的。大约40年前,研究人员提出“RNA世界”的假说,他们认为在生命的最初,RNA可能出现在基因和酶之前,因为RNA既能催化反应也包含遗传信息,所以第一个遗传分子是能自我拷贝的RNA。虽然自然界中没有能将RNA分子连接起来的RNA酶,而这是RNA世界的一个关键的必要条件,但是研究人员合成了这样一个酶。现在Michael P. Robertson和William G. Scott确定出这个被称为“连接核酶”的结构。其活性点的结构提示,该核酶用已知的自然界核酶所用的生物化学战略。一篇相关的研究评述进一步讨论了这些发现。
研究文章:The Structural Basis of Ribozyme-Catalyzed RNA Assembly, Michael P. Robertson and William G. Scott
研究评述:A Glimpse of Biology's First Enzyme, Gerald F. Joyce

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