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本期《自然》《科学》精选
生物通综合：
6月28日《Nature》
封面故事：频率可调的纳米线光源
纳米光子学（研究光在纳米尺度上的性质的一个学科）有可能使电信、计算和传感等领域发生革命性变化。本期Nature上介绍的一种新开发的频率可调的纳米线光源，可能会对纳米光子学的发展做出贡献，尤其是生物成像应用方面，因为它能在生理条件下发挥功能，确保对样本的损伤最小。该光源由一种无机材料（铌酸钾）制成，该材料具有非线性光学性质（因而能将光从一个频率转换成另一个频率）。研究人员可以用光钳将这种光源稳稳夹住，然后在一个试样上扫描。这样获得的图像能够显示具有亚波长分辨率的简单结构。除了生物成像外，这种方法还可用在先进信息技术、密码学和信号处理电路中。封面图片所示为，研究人员正在用一个束缚的纳米线在液体环境中扫描涂有颜料的微珠。Page: 1098
猴子也能进行概率推算
每天，我们都要根据对获得一个好的结果的机会所做的快速评估来做出数以千计的决定。心理学家将此称为“概率推算”（probabilistic reasoning），它被认为依赖于大脑基底神经节中的记忆回路。现在，用恒河猴所做的一个实验表明，它们也有进行概率推算的能力。研究人员对两只猴子进行训练，让它们在看过由四种形状组成的一个序列后从一对标有颜色的目标中做出选择，这个序列决定着其中一个目标导致奖励的概率。这两只猴子学会了利用从不同形状组合中获得的信息来推断哪个组合将预示着奖励。来自顶骨皮层的记录显示，大脑中这一区域的神经元参与了这些判断背后的概率数量的加减运算。Page: 1075 
高血压药物“伊拉地平”治疗帕金森氏病的希望
虽然大脑中几个区域显示帕金森氏病病理的迹象，但引起这种疾病典型的运动综合症的是“黑质致密部”（substantia nigra pars compacta）中多巴胺神经元的死亡。为什么这些神经元很脆弱并不清楚，但研究人员曾经认为，细胞内钙浓度突然升高可能是一大因素。现在，新的研究工作表明，多巴胺神经元依靠Ca2+通道来维持它们的节律活动，而且这种依赖随年龄增长而增加。但用“伊拉地平”（Isradipine）来处理，可以使成年神经元发生逆转，像年轻神经元一样利用Na+/HCN通道。该药物是钙的一种拮抗剂，用来治疗高血压和中风。在帕金森氏病的小鼠模型中，这种“返老还童”能够保护多巴胺神经元，说明它也许能够减缓或停止该疾病的发展。当前的抗帕金森氏病药物只能治疗这种病的症状，所以人们将会对这一新方法在临床试验中的进展非常感兴趣。Page: 1081
多巴胺神经元获得奖励信号的方式
多巴胺神经元在运动行为中的参与从它们在帕金森氏病中所起作用可以看出。然而，释放多巴胺的神经元携带与奖励有关的信号，而不是与身体运动有关的信号。作为这个谜团的一个答案，最近的理论表明，与奖励有关的多巴胺信号被用来学习运动行为。此前，科学家一直不清楚多巴胺神经元是怎样获得与奖励有关的信号的。现在，在用恒河猴所做的一项让其完成由视觉引导的任务而获得奖励的实验中，Masayuki Matsumoto和Okihide Hikosaka发现，脑部一个被称为“lateral habenula”的小区域通过抑制多巴胺神经元、从而抑制不是很有奖赏的眼睛运动来控制它们。这一发现为关于情绪、动机和运动行为之间的联系新的研究工作提供了新的可能性。Page: 1111 4个新发现的乳腺癌易感基因
在本期Nature上关于整个基因组范围的关联研究在网上发表之前，已知的易感基因如BRCA1 和BRCA2只能解释乳腺癌家族性风险的不到25%。这项新的研究工作（涉及21,860名患者和22,578名作为对比的正常人）识别出了与乳腺癌基因易感性正相关的4个基因（它们分别是FGFR2、 TNRC9、 MAP3K1和LSP1基因）。以前识别出的大多数乳腺癌易感基因参与DNA修复，但新发现的易感基因似乎与细胞生长的控制或细胞信号作用关系更大。这些基因中只有一个（FGFR2）以前被发现与乳腺癌有明显关系。这些基因的识别为乳腺癌发病原因研究开辟了新途径。它们还可能成为对妇女的患病风险进行分类的一个新策略的构成部分，从而为更好预防这种疾病铺平道路。Page: 1087
宇宙中碳的去向
有机分子在宇宙中广泛分布，然而由于宇宙中氧比碳含量要大得多，是否大多数碳已经被结合进了一氧化碳中？新一代毫米波射电天文学接收装置正在为我们揭示化学组成上的某些复杂性，这种复杂性确保多数碳被结合进一氧化碳中的情况不会发生。对红色超大恒星VY Canis Majoris所做观测表明，在来自一颗富含氧的恒星的外流物的有限环境中，只有一半的碳被束缚在了一氧化碳中。剩余的一半被束缚在了HCN（一种对有机合成有着根本性意义的分子）以及其他含碳分子中，从而向我们展示了一个活泼的碳化学。Page: 1094 地球与火星之间铁等同位素的差别
地球和月球上铁同位素要比火星、小行星Vesta和原始陨石上的铁同位素稍“重”一些。这种现象的原因一直不清楚。一种观点是，在“巨大碰撞”（早期地球与一个火星大小的天体之间所发生的碰撞，这次碰撞产生了月球）过程中，曾经发生一次大规模的同位素平衡，但这种情况似乎不大可能，因为其他大多数元素都没有表现出这种效应。现在，对44种陨石和陆地样品所做的一项分析表明，来自地球和月球的玄武岩的硅同位素组成也明显很重。这一发现与同位素平衡模型是一致的，并且表明，在月球形成之前，硅已经作为一种轻元素被分隔进了地核。Page: 1102
好基因也有不好的一面
对苏格兰西海岸朗姆岛上的红鹿种群所做的一项独特的长期研究显示，在野生的一种长寿命性别二态性物种中，存在性别拮抗的适应性变异。该发现证明了理论上已经预料到的一个结果以及最近用果蝇所做的实验结果：成就一个好雄性的基因未必能够成就一个好雌性，反之亦然。这一效应的结果是，携带使得雌性非常适合的基因的雄性在选择中处于不利地位，这会对自然种群中遗传变异的选择和维持产生深远影响。Page: 1107 单细胞生物也有微RNA和短干涉RNA
RNA干涉（RNAi）是作为一种重要的调控机制出现的，在这种调控中，非常短的RNA被用来使基因表达沉默。因为小RNA只存在于多细胞生物中，所以有人提出，RNAi演化是由在不同组织中或在不同发育阶段调控基因表达的需要驱动的。但这种观点没有持续多长时间。最近的两篇论文（其中一篇发表在本期Nature上）报告，单细胞藻类（Chlamydomonas）既存在微RNA，又存在短干涉RNA。 这一发现表明，复杂RNA沉默系统在多细胞生物出现之前很久就形成了。Page: 1126
p53肿瘤抑制网络的一个miRNA成分被识别出来
肿瘤抑制基因p53是人类癌症中最常见的突变基因，很可能几乎所有癌症都在这一通道中某个地方有病灶。p53网络是通过对无数刺激的反应而激发的，以便通过生长抑制或细胞死亡来限制不合适的细胞增殖。微RNA（miRNA）越来越被认为在癌症中扮演重要角色，但对miRNA 的表达是怎样被调控的知之甚少。现在，p53肿瘤抑制网络的一个miRNA成分已经被识别出来：p53直接激发miR-34家族的miRNA的转录，后者本身抑制细胞增殖。虽然研究人员在哺乳动物身上已经发现了十几个p53目标，但miR-34是不同寻常的，即它也存在于果蝇和线虫（C. elegans）身上。这表明，p53与miR-34之间的联系在p53网络演化早期就出现了。Page: 1130
6月29日《Science》
家猫祖先来自近东
一项新研究提出，世界上家猫的祖先是一种近东野猫F. s. lybica，是从至少5个母系在新月沃土被家化的。一个国际研究小组分析了家猫与野猫亚种的进化关系，亚种包括欧洲野猫、近东野猫、中亚野猫、南非野猫、以及中国沙漠猫。在许多方面，野猫和家猫之间杂交的程度之高几乎使两者不可区分。Carlos Driscoll 和同事用采自979只猫的遗传材料分析了基因组中几种“标记”附近DNA序列的变异，来确定哪些遗传系之间的关系最近。他们发现，野猫亚种以及家猫构成几种遗传各异的“进化枝”。文章作者报告说，包括家猫和几种野猫的遗传系的起源比过去认为的要早，大约在10万年前。其中一个进化枝包括家猫和近东野猫，意味着该枝包括了所有家猫种群的古代创始者种群。
英文摘要：The Near Eastern Origin of Cat Domestication,Carlos A. Driscoll, Marilyn Menotti-Raymond, Alfred L. Roca,et al.
向合成基因组迈出的一步
研究人员用一个有密切关系的物种的基因组替换了一个细菌细胞中的整个基因组，向从零开始构建简单的基因组迈出了关键的一步。创造一个合成基因组能让研究人员制造可能有各种用途的微生物，比如能制造生物燃料的、用来清理有毒废物的、贮藏碳的等等。从合成的基因组制造活细胞需要有转移和操纵这些基因组的能力。为了实现这一目标，Carole Lartigue 和同事将丝状支原体(Mycoplasma mycoides)的几乎不带蛋白质的裸DNA移植到一个与其密切相关的细菌山羊支原体(Mycoplasma capricolum)的细胞中。作者报告说，受体细胞看起来与供体细胞完全一样。
英文摘要：Genome Transplantation in Bacteria to Change One Species to Another,Carole Lartigue, John I. Glass, Nina Alperovich, Rembert Pieper,et al.
已知的最早的新大陆农作物
南瓜是新大陆最早的作物之一，新研究提出南瓜的栽培在秘鲁安第斯山脉很早就开始了，之后才有花生和棉花的种植。虽然过去的研究显示安第斯山脉的农民在大约5000年前就开始种植南瓜、棉花、以及几种其它的作物，但是新大陆早期农业的证据一直比较稀少。现在，来自秘鲁北部的新化石、加上新的和改进了的放射性碳年代测定表明，南瓜的种植大约是在1万年前开始的，之后是大约8500年前开始的花生种植、以及6000年前开始的棉花种植。这些证据表明，早期农业在大约在1万年前在安第斯山脉生根，与农业在旧大陆开始的时间大致相同。Tom Dillehay和同事报告的这些新数据来自秘鲁北部安第斯山脉西坡挖掘出来的房屋地面和炉边的残留植物的化石。
英文摘要：Preceramic Adoption of Peanut, Squash, and Cotton in Northern Peru, Tom D. Dillehay, Jack Rossen, Thomas C. Andres, and David E. Williams
基因变异连接身体时钟与季节变化
两项研究报告说，一个关键的身体时钟基因的一个近期进化出来的变异也许对欧洲果蝇有利，该变异帮助这种果蝇进入一个名为“滞育”的类似冬眠的生长停止状态。这些果蝇比没有该基因变异的果蝇能更好地响应环境的变化。正如一篇相关的研究评述所指出的，该基因连接了生物圈中两个重要的韵律：24小时的日夜周期以及每年季节变化的周期。果蝇Drosophila melanogaster的野生欧洲种群具有timeless基因的两个主要变异。Eran Tauber和同事报告说，这两个变异之一通过自然选择传遍了欧洲，很可能是因为该变异导致更高的滞育率，温度和日照条件都能引起滞育。另一项由Federica Sandrelli和同事做的工作延伸了这个研究，他们显示该变异导致身体时钟机制中更稳定的蛋白质-蛋白质相互作用。
英文摘要：Natural Selection Favors a Newly Derived timeless Allele in Drosophila melanogaster, Eran Tauber, Mauro Zordan, Federica Sandrelli, Mirko Pegoraro,et al.
英文摘要：A Molecular Basis for Natural Selection at the timeless Locus in Drosophila melanogaster,Federica Sandrelli, Eran Tauber, Mirko Pegoraro, et al.
英文摘要：Tantalizing Timeless,William Bradshaw and Christina Holzapfel
果蝇如何做决定
研究显示当果蝇做出基于价值的决定时，它们使用一个两个阶段的系统。研究人员对了解灵长类如何做决定很感兴趣，但是灵长类的大脑太复杂了，于是张柯以及一组中国神经科学家用了一个更简单的系统。张和同事选择用果蝇Drosophila melanogaster来研究如何做决定。他们训练了这些果蝇在一个模拟飞行器中训练响应颜色和位置的信号。当果蝇需要做一个价值选择时，它们先靠一种被称为“形成(formation)”的非线性过程，将大脑的涉及认知和运动的多巴胺系统与一个涉及学习与记忆的名为蘑菇体的结构结合起来。然后大脑进入一个更简单的、基于感知的被称为“执行(execution)”独立于多巴胺系统和蘑菇体的线性阶段。
英文摘要：Dopamine-Mushroom Body Circuit Regulates Saliency-Based Decision Making in Drosophila, Ke Zhang, Jian Zeng Guo, Yueqing Peng, Wang Xi, and Aike Guo
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