本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　生物通综合：

8月9日《Nature》

封面故事：“能人”和“直立人”曾经共存了近50万年

类人猿“能人”（Homo habilis） 以及一般来说更大、时间更晚的“直立人”（Homo erectus）经常被认为是同一进化分支上的两个点，其分别仅仅在时间上。由于研究人员将来自格鲁吉亚Dmanisi的小型原始头骨解释为“形态上的中间体”，这种观点得到了人们的进一步认可。但新的化石发现却讲述了一个不同的故事。研究人员发现了一个特别小的“直立人”头骨和来自一个较晚的“能人”化石的颌骨材料，而发现它们的环境表明，这两个物种在肯尼亚的Turkana湖盆共存了近50万年时间。除了在时间上重叠外，“能人”和“直立人”在大小上也重叠。“直立人”的高度性别二态性在这方面可能是一个因素。本期封面所示为新发现的“直立人”化石（被称为KNM-ER 42700的部分颅骨），同时还有来自坦桑尼亚的最大的非洲“直立人”OH 9。（Letter p. 688; www.nature.com/podcast）（照片提供：F. Spoor， 肯尼亚国家博物馆）

现代版的牛顿“尘埃镜”实验

受牛顿曾经用来演示干涉的“尘埃镜”实验的启迪，Chapman等人设计了一个用超快强X-射线脉冲来研究微粒的方法。牛顿的实验涉及可见光从一个背面镀银的镜面前面的尘埃颗粒上的两次散射（一次进入镜面，一次从镜面出来），还涉及相应的环形干涉图案。在现代版的这个实验中，X-射线脉冲聚焦在一个有聚苯乙烯颗粒的薄膜上，放置在一个X-射线镜面之前。一个脉冲穿过样本，触发了一个颗粒的爆炸，然后被镜面反射到样本上。所得到的衍射图案含有关于爆炸颗粒的准确的时间和空间信息。这种类型的X-射线“flash”成像可用来在原子运动的时间尺度上探索材料的三维动态。

茉莉酸信号通道的关键成分

茉莉酸是一种羟脂（oxylipin），是茉莉香味中的主要成分。它是中央信号作用成分尚未得到描述的最后一种主要植物激素。现在，从两个稍微不同的角度来研究这个问题的两个小组已经揭开了这个谜团。Thines等人和Chini等人分别报告说，JAsmonate Zim-domain (JAZ)蛋白家族的成员是茉莉酸信号通道的关键成分。JAZ蛋白正常情况下抑制茉莉酸响应基因，但茉莉酸衍生物jasmonoyl-isoleucine却将JAZ蛋白耦合到一个“泛素连接酶”（SCFCOI1）上，从而确保它们的降解以及该信号通过基因表达的抑制所进行的传输。


“量子铁磁流体”研究获得新成果

本期Nature上一篇论文是关于超冷原子物理学中的一个热门话题的，那就是“量子铁磁流体”，它们是由偏振的偶极子（电偶极子或磁偶极子）组成的超级流体量子气体（superfluid quantum gases）。这种偶极子之间打破对称的相互作用预计会导致新的物理现象。现在，来自斯图加特大学的一个研究小组用原子之间的强各向异性磁性偶极子-偶极子相互作用成功生成了一个铬玻色-爱因斯坦凝聚态，它诱使该气体云的纵横比发生显著变化。这种科学家苦寻的物质形式将使物理体系的基础研究能够在以前尚未探索过的领域进行。

上层温暖海水与下层冰冷海水发生混合的位置

海洋上层温暖的海水与下面较冷的海水的混合，是全球海洋环流中一个重要组成部分，因为它能增加深水的浮力，但这种混合所发生的位置仍然不确定。Louis St. Laurent 和 Andreas Thurnherr对当海水流经中大西洋山脊顶端一个狭窄通道时所发生的海水混合现象进行了测量。他们所观测到的速度异乎寻常地高：如果类似的混合速度发生在北大西洋海盆中的中大西洋山脊上的其他狭窄通道中，那么这些地点对海水浮力增加的贡献就会像在这些通道的深度处该海盆其余地点的总和那么大。所以，中海洋山脊上的狭窄通道（以前被忽略的地点）中所发生的混合，对全球尺度上增加海水浮力的流量可能有一个相当可观的贡献。

从地幔回到地表的物质的辨别

板块构造将化学富集的海洋壳和沉积物在俯冲带注射进地幔中。活跃的地幔混合过程稀释和破坏了这些材料中的化学标记，所以当它们从地幔热柱中回到地表时，它们将难以辨别。在萨摩亚海底熔岩中富集程度非常高的87Sr/86Sr 和 143Nd/144Nd同位素标记的发现将能帮助澄清这些问题。这些数据为在萨摩亚地幔中循环的上层大陆壳的存在提供了明确证据，并且还支持认为循环的大陆壳物质参与了地幔中在同位素组成上截然不同的地球化学库中其中一个（即所谓富集的地幔“EM-2”成分）的形成的观点。

无脊椎动物的STDP现象

突触弹性（神经细胞之间联系的加强或减弱）已知在脊椎动物中依赖于输入信号是在一个神经元的信号尖峰之前还是之后，这个现象被称为“尖峰时间依赖性弹性”（STDP）。现在，Stijn Cassenaer 和Gilles Laurent首次在一种无脊椎动物（即蝗虫）身上描述了STDP。他们的活体研究还表明，STDP是将感觉器官连接到大脑中的记忆中心的神经通道上的嗅觉信息的神经编码得以保留下来的关键。这一发现为了解昆虫脑中回路动态、架构和学习之间的关系提供了新线索。

昆虫的生物多样性研究

昆虫是大多数生态系统中的主要力量，而在关于生物多样性的研究中它们却经常没有鸟类、哺乳动物和植物受到的关注多。本期Nature上两篇论文改变了这种不平衡状态。Novotny等人研究了巴布亚•新几内亚75,000平方公里雨林中的大约500种鳞翅目毛虫、甲虫和果蝇。他们发现，食草昆虫的大多数种都广泛分布。物种丰富度很高，这在热带很正常，但即便在数百公里距离内所发现的物种也没有很大改变。Dyer等人从他们对从加拿大到巴西的地域范围内的蝴蝶和蛾幼虫的数十万宿主特异性进食记录所做的研究得出了很不相同的结论。他们发现，一种昆虫所食的树种的平均数量在热带要少于在“新世界”的温带部分，从而证实了自达尔文和华莱士时代以来就被生物学家讨论很多的生态学中的纬度梯度。不过，由于这两篇论文所得出的结果明显存在矛盾，所以这一讨论还将继续进行下去。

瘙痒感的分子基础及其与痛感的区别

瘙痒的难受感是众所周知的，但其神经生物学基础却仍然不很清楚。现在，“瘙痒通道”中的第一个分子层已经被识别出来。历史上，瘙痒曾被认为是痛感的一种不太强烈的形式。但用基因剔除小鼠所做的研究表明，“释放胃泌素（Gastrin）的肽受体”对于中枢神经系统的痒刺激（而不是痛刺激）很重要。因此，该受体可能是开发不影响痛觉信号的抗瘙痒药物的一个目标。


泛素对神经退化疾病的普遍意义

神经退化疾病“亨廷顿症”患者的神经元含有富含泛素的异常蛋白包容体。曾有人提出，细胞泛素化和蛋白酶体降解系统中所发生的变化有助于这种疾病的发生。对“亨廷顿症”患者大脑及这种疾病的几个小鼠模型所做的质谱分析，证实了泛素链在蛋白包容体中始终存在，说明该系统功能的普遍丧失可能有助于这种疾病的发生。 这些发现说明泛素可能用作一种诊断工具，而且由于泛素在神经病理病灶中的异常积累还是阿尔茨海默氏症的一个特征，所以这些从神经学上来看各不相同的疾病可能具有共同的基本分子特征。

8月10日《Science》


未来10年的气候预测

一个英国小组改进了一个预测全球气候的模型，他们把海洋和大气的实际状态考虑进来，而不是像大多数模型那样用近似状态。这个新模型预测，变暖在今后几年中将缓慢下来，但是之后又会加快，2009年后的年份中至少有一半会比1998年热，1998年是迄今记录中最热的一年。对全球变暖模型尤其是它们对下个10年气候的预测的一个常见批评是，这些模型只包括受气候系统之外变化影响的因素，比如太阳辐射以及大气中气溶胶和温室气体的浓度。这些模型忽略了内部、来自系统内自然变化的气候可变性，比如厄尔尼诺现象、海洋环流的涨落以及海洋热容量的异常。这些现象能导致与人类活动造成的下个世纪的平均变暖不同的短期变化，尤其是局域的变化。Doug Smith和同事采用一个既考虑内部可变性也考虑外部驱动变化的模型系统，给出一系列对过去几个10年的事后预测，表明这个模型能在该时间尺度上更准确地预测全球表面温度。

一个与青光眼有关的基因

一项基因组范围的研究发现了一个与剥脱青光眼有关的基因，这种疾病使世界上60岁以上人中的10%到20%失明。青光眼以及与其有关的失明是由视觉神经损坏造成的，剥脱青光眼是该病的一种，由眼睛前部水性表面上一种异常沉积引起。Gudmar Thorleifsson 和同事分析了冰岛和瑞典两群人的基因组。他们确定涉及形成弹性蛋白高分子纤维的LOXL1基因与剥脱青光眼易感性有关。

瘦素与食欲

对两位带有罕见的、先天性缺少瘦素的人的脑部成像研究提出，这个抑制食欲的激素部分地通过减少我们从食物得到的愉快来起作用。虽然科学家最近对瘦素很感关心，但是对瘦素信号如何在大脑中影响吃的行为还没有一个全面的了解。在本期一篇简报中，I. Sadaf Farooqi和 同事研究了两位缺少瘦素的人介绍瘦素治疗前后的情况，瘦素治疗极大地降低了他们吃东西的量。作者在4个不同时间：瘦素治疗前的饭前、饭后以及瘦素治疗后的饭前、饭后，给患者看食物的照片，同时观察他们的大脑活动。结果表明瘦素作用于大脑一个名为腹侧组织层的神经回路，降低了对从食物获得奖赏的感受，同时增强吃饭之后感到饱的能力。

保护生物多样性的成功案例

本期3篇报告介绍了3个大陆保护生物多样性的成功例子，描述了成功的政策以及通过保护鸟类、雪貂和森林来维持生物多样性的尝试。一篇相关的研究评述提出了改进地方、国家以及国际保护组织关系的方法。

一篇研究报告说，经过了艰难的起步之后，北美最濒危的哺乳动物物种开始成功地繁殖并重新回到其怀俄明州的家乡。在1981年开始的用捕捉到的黑足雪貂来繁殖后代的保护方法是，野生的种群数降低到了只有7只。从1991年到1994年，220只这样出生的雪貂被放回到Shirley盆地，但是它们大多数病死了，到1997年，在野外只找到了它们其中的5只。这之后，对它们的观察时断时续，但是到了2003年，研究人员计数了52只黑足雪貂，而且这个数还在增长。截至2006年，雪貂种群数已达到223个。Martin Grenier和同事写道，早期的成活率是这种食肉动物种群健康的关键，这与大多数濒危物种不一样，在这些物种中成年动物的存活率是关键。

研究人员报告说，一个旨在保护欧盟罕见或易受危害鸟类的国际政策是成功的，该政策不仅增加了鸟类的种群数量，也增加了特定的鸟类保护区数量。随着国家和地区越来越多地通过合作来保护全球范围的资源，这个第一个被认为是成功的国家间保护协议给未来的国际保护努力带来了希望，也为评估这个努力建立了一个过程。1979年，15个欧盟国家签约来保护或改善一批开列出的罕见或易受危害鸟类的栖息地。Paul F. Donald和英国的同事分析了这个公约的结果，显示在1990年和2000年，所列出的鸟类在欧洲的种群数比没有列出的鸟类的种群数增加了。研究人员还发现，这个结果只是对欧洲的种群成立，欧洲以外的物种没有表现出这种模式。现在有大约20个区域性的或全球性的保护协议在实行中。

对秘鲁雨林的高分辨率卫星监测显示，土地使用与保护政策正在降低森林砍伐的速度。热带森林对世界生态和气候来说很重要，但是它们总是受到人类发展的威胁。Paulo J.C. Oliviera与一组美国和秘鲁的同事改进了一个自动的卫星分析系统来识别几棵树被砍这个层次的变化。在1999到2005年的观测期间，森林干扰和砍伐每年增加了1300平方公里，而且这些变化只有2%发生在被保护的区域。研究人员提出，秘鲁的土地使用政策的组合能够提供广泛的保护，同时允许当地居民生活和赚钱，这些政策对热带森林的保护有更广泛的意义。