本期《自然》《科学》精选

11月13日《Nature》

封面故事： 光照能影响表达不同神经传输物质的神经元数量
表达各种不同神经传输物质的神经元之间的平衡，被认为是在脑发育过程中由基因控制确定的。这是一个关键的步骤，它使得各组神经元之间能够传递信号。现在，由Davide Dulcis 和 Nicholas Spitzer完成的一项新的研究表明，生理刺激也能调控一组神经元中所表达的神经传输物质类别。他们发现，暴露于自然光的蝌蚪会增加表达多巴胺的中枢神经元的数量，而这反过来又会影响皮肤颜色变化及它们的伪装潜力。本期封面所示为在自然环境中适应了黑暗的一只蝌蚪和适应了光照的一只蝌蚪，其中一只比另一只伪装更好。这一发现也许还有更广泛的意义，并且还可能与由生源胺调控的认知状态的变化有关。有趣的是，人们用亮光疗法治疗季节性情感障碍患者已有20多年了。季节性情感障碍是一种抑郁症，被发现与多巴胺信号作用障碍有关。

决定鸟鸣时程的大脑机制
人说话和鸟唱歌等复杂行为要求在多种时间尺度上、在正确的时刻完成一组有序的运动。控制这种类型行为的“时钟”的性质仍然不是很清楚。现在，一项具有广泛用途的方法被用来确定决定鸟鸣时程的时钟回路。该方法所利用的是脑过程的速度强烈依赖于温度这样一个事实。当斑胸草雀运动前区高级发声中枢（HVC）的活动因温度降低而减慢时，其叫声的总体速度也降低，但叫声内的声学元素结构保持不变。这说明HVC是脑中控制决定鸟鸣时程的复杂行为序列的区域。

钠离子通道电压传感器的性质
神经和肌肉细胞中的钠离子通道随跨膜电压的变化而开关。它们是产生神经脉冲的关键，是很多毒素和药物的作用目标。与由电压门控的钾离子通道（由四个含有相同电压传感区域的亚单元组成）不同的是，钠离子通道来自一个基因，含有四个不相同的电压传感区域。Bosmans等人利用对称钾离子通道作为“记者”，来揭示移植进一个钾离子通道核中的各种不同钠离子通道电压传感器的性质。他们发现，“桨状”区域对钠离子通道的功能很重要，毒素-“桨状”区域互动具有高度特异性。

关于冰川期-间冰期交替的新观点
过去300万年是一个气候剧变的时期，地球上的状况在寒冷的冰川期和温暖的间冰期两个极端之间交替。这些变化通常被解释为气候系统对地球轨道的微妙周期性变化或地球上二氧化碳背景水平的逐渐降低所做出的非线性反应。Thomas Crowley 和 William Hyde提出了另一种观点。他们认为，这些越来越显著的波动虽然是由轨道变化推动的，但却是正在逼近某一分叉点的一个系统的瞬间行为的反映。所谓分叉点，是指在这个点上，该系统将经历一个转变，变为一个新的稳定气候状态，其特征是中纬度北半球有永久冰川。模拟结果表明，这样一个转变用地质学上的时间概念来说有可能发生在近期（10,000–100,000年），但只能发生在一个不大可能的情况下，即大气背景二氧化碳浓度降到低于过去10,000年间的任何一个数值。

捕食与竞争怎样影响生物多样性
了解物种之间的互动怎样帮助维护物种多样性，是生态学中的一个基础性问题。Peter Chesson 和 Jessica Kuang提出的新的理论结果，突出显示了捕食与竞争在决定共存中所扮演的相互独立的角色。他们发现，每个机制都能通过与特定物种的多样关系来促进多样性，或通过让某种物种彼此之间进行竞争的狭隘关系来限制多样性。每个机制也都能减小另一个机制的影响，或与另一个机制协同作用来促进多样性，由具体情况来决定。

三角褐指藻基因组完成测序
硅藻是海洋与淡水中的一种微型藻类，在海洋中居支配地位，占地球上初级生产力的约1/5。本期Nature发布了三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的完整基因组序列，它是第二个被测序的硅藻。与第一个被测序的硅藻——假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）所做的对比表明，通过硅藻与细菌之间的双向基因转移，硅藻从细菌获得了数百个基因。基因转移在硅藻演化中似乎是普遍存在的，产生了基因的非正规组合（其中包括一些来自植物和动物的基因），很可能在营养管理和环境信号作用中起重要作用。

我们是怎样学会评价他人的？
Behrens等人通过将计算与神经成像方法结合起来，对社会神经科学（social neuroscience）中的一个关键问题进行了研究，这个问题是：我们是怎样学会把人分成三六九等的？显然，与其他个体的互动在所有社会型动物中都能指导行为，但人们广泛认为，社会学习就其机制和神经实现方式来说与其他形式的学习是完全不同的，社会学习和评估机制在驱动行为方面与基于奖励的学习进行竞争。但新的研究工作（该研究对人类志愿者在一项决策任务中的表现进行对比，这些志愿者有时能受益于从其伙伴那里获得的建议，有时则会反受其害）表明，社会评价是通过与基于奖励的学习相同的机制实现的，即是通过联想学习（associative learning）实现的。

造成声音失真的关键
哺乳动物的耳朵，或者说其听觉器官耳蜗，是非常灵敏、非常精细的声-电传导器。它还能使声音显著失真，与我们直觉相反的是，正是这后一个特点才导致了能提高人耳语音识别能力的掩蔽效应。此前，研究人员并不知道这些失真的起源。哺乳动物耳蜗有两种类型的毛细胞——内毛细胞和外毛细胞。在用小鼠进行的实验中，Verpy等人发现，造成失真的是外毛细胞；非线性出现在被称为“静纤毛”的外毛细胞之间的“顶端连接器”（top connectors）中，更具体地说，出现在被称为“硬纤毛蛋白”的一种蛋白中。

与克罗恩病有关的又一个基因位点
克罗恩病（肠道的一种慢性炎症）已被与超过30个基因位点联系起来。本期Nature上两篇论文是关于最新发现的一个位点的，这个位点是ATG16L1 (Atg16-like 1)。Atg16蛋白本身是首次在酵母中作为自噬过程的一个必要基因被发现的。自噬过程可将不想要的细胞成分清除掉，细菌感染、神经退化和肿瘤生成等发病机理都涉及这一过程。Cadwell等人报告了Atg16L1在Paneth细胞中的独特作用。Paneth细胞是一种上皮细胞，向小肠中分泌含有抗菌肽的颗粒。Saiot发现，ATG16L1在分离的巨噬细胞和在小鼠的小肠中所发生的炎症反应中都起一定作用，是自噬机制的一个必要组成成分。这项工作表明，ATG16L1在炎症免疫反应的控制及小肠屏障的维护中发挥作用，这两个过程对于防止肠道炎症的发生都很重要。

11月14日《Science》

挑剔的海洋微生物仅对氮气有兴趣
  
 
 
据11月13日的《科学》杂志报道说，海洋中的蓝菌通常被认作是能够完成多种任务的细菌，它通过光合作用产生了大量的地球上的氧气，它能“固定”碳和氮，将这2种元素转化为在生物学上有用的形式。研究人员报告说，一组新近发现的蓝菌则反其道而行之，它只专注于固氮，而无需生产氧气和固定碳所需的遗传学机器。这些微生物在海洋中含量丰富，而生物固氮在控制海洋中的生物生产能力及碳通量上非常重要。因此，现在可能有必要对目前的地球上氮气和碳循环的模型进行重新评估。Jonathan Zehr及其同僚分离出了这种所谓的“UCYN-A”蓝菌并分析了该种生物的基因组。他们发现，这种蓝菌的基因型是从前在非共生蓝菌中所未知的，它们在基因上无法进行产生氧气的光合作用。一个始料未及的情况是，氧气对固氮酶（即催化固氮反应的酶）实际上是有毒的。其它已知固氮蓝菌是多细胞的生物并演化出了一系列的方略来避免使其固氮酶被氧气毒化。另一方面，UCYN-A是一种单细胞的生物，它看来用只以氮气作为标靶已经解决了这一问题。

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ARTICLE #18: "Globally Distributed Uncultivated Oceanic N2-Fixing Cyanobacteria Lack Oxygenic Photosystem II," by J.P. Zehr; S. Bench; B.J. Carter; I. Hewson; T. Shi; H.J. Tripp at University of California, Santa Cruz in Santa Cruz, CA; F. Niazi; J.P. Affourtit at Life Sciences in Branford, CT.

白蚁腹中之秘
  
 
 
  
据11月13日的《科学》杂志报道说，用于消化木材的生物化学能力即神秘又在加工生物燃料上有着很高的需求。科学家们如今描绘了一种成为白蚁以消化木材作为其唯一食物来源基础的复杂的寄生虫体内含有寄生虫的关系。许多共生性微生物居住在白蚁的肠道内协助白蚁消化木材。其中的一种是原虫，它本身又是细菌Pseudotrichonympha grassii 的一个宿主。Yuichi Hongoh及其同僚对P. grassii 的完整的基因组进行了序列测定。他们报道说， 其独特的基因组序列披露了该种细菌能够固定大气中的氮，再循环废弃物中的氮并为它们自己以及它们的原虫宿主制造氨基酸的能力。

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ARTICLE #17: "Genome of an Endosymbiont Coupling N2 Fixation to Cellulolysis Within Protist Cells in Termite Gut," by Y. Hongoh; S. Noda; T. Kudo; M. Ohkuma at RIKEN Advanced Science Institute in Saitama, Japan; V.K. Sharma; T. Prakash; H. Toh; T.D. Taylor; Y. Sakaki; A. Toyoda; M. Hattori at RIKEN Genomic Sciences Center in Kanagawa, Japan; V.K. Sharma; T. Prakash; H. Toh; T.D. Taylor; at RIKEN Advanced Science Institute in Kanagawa, Japan; A. Toyoda at National Institute of Genetics in Shizuoka, Japan M. Hattori at University of Tokyo in Chiba, Japan.

直立人母亲生出了大容量脑的婴儿
  
 
  
据11月13日的《科学》杂志报道说， 一个直立人的新化石发现提示，该种系的雌性具有宽大的骨盆，其功能是为了生产脑容量大的婴儿。Scott W. Simpson及其同僚在Gona, Ethiopia找到并近乎完全地复原了一个直立人成年雌性的骨盆。作为一种相对复杂工具的使用者，直立人被认为是第一个离开非洲及可能是第一个能够掌握火的使用的人族动物。基于对一具年轻男性“Turkana Boy”的骨骼，研究人员先前得出结论：直立人身材高挑，形体消瘦，这可能是为了适应炎炎的热带环境或是为了适应耐久性跑动。一个狭窄的雌性骨盆还意味着直立人的婴儿在出生时脑容量相对较小，但在出生后会急剧地生长，这是一种与现代人婴儿相同的特征。但是，新发现的骨盆的形状提示，直立人的婴儿比先前认为的要大30%，而其产前脑子的生长速度与人类的类似，但其在产后的脑子和身体的生长速度则处在黑猩猩与人类之间。研究人员得出结论，需要生产脑容量大的婴儿是导致直立人雌性骨盆这种形状的最初的驱动力量。他们对为了适应热带气候或耐久性跑动是决定该种系骨盆形状的想法提出了怀疑。

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ARTICLE #13: "A Female Homo erectus Pelvis from Gona, Ethiopia," by S.W. Simpson at Case Western Reserve University in Cleveland, OH; J. Quade at University of Arizona in Tucson, AZ; N.E. Levin at University of Utah in Salt Lake City, UT; R. Butler at University of Portland in Portland, OR; G. Dupont-Nivet at Utrecht University in Utrecht, Netherlands; M. Everett at Indiana University in Bloomington, IN; M. Everett; S. Semaw at Stone Age Institute in Gosport, IN.