本期《自然》《科学》《PNAS》精选

时间:2008年12月12日
来源:生物通

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12月11日《Nature》

封面故事:“凤凰号”的火星之旅
费用为4.2亿美元的“凤凰号”着陆器项目,在昂贵的空间研究领域算是一次低成本的任务,但其在火星上短暂的经历却产生了辉煌的结果。“凤凰号”是美国国家航空航天局(NASA)上个世纪90年代提出的“更快、更好、更便宜”原则所能实现的目标的一个例子,但在它之前却有两次重大失败——“火星气候探测器”1999年9月在该星球大气中烧毁;几个月后“火星极地着陆器”在下降阶段与地面失去了联系。“凤凰号”着陆器是今年5月25日在火星北极附近成功着陆的,在火星上的冬季快要到来、此项探测任务被证实宣布结束之前,它共在火星上呆了152天(这里的“天”指的是“火星天”),其中149天都在进行科学探测。在这段时间里,它共拍摄了超过25,000张照片,在冰质土壤样品上进行了化学实验,记录了其头顶上的云层中的降雪过程以及地面上产生霜冻的现象。Eric Hands在一篇新闻特写文章中讲述了这次探测任务的故事,介绍了其所完成的科研工作。

脑供血状况与脑代谢有关
脑中的血液流动与神经活动密切相关,这一关系是核磁共振成像(MRI)等功能性成像技术的基础。神经胶质细胞(特别是星形胶质细胞)中的钙信号作用已知将神经活动与脑中血液流动的区域性变化耦合在一起,但是什么决定它在小动脉上的效应之极性的(即小动脉是发生血管收缩还是血管扩张)仍然存在疑问。一项新的研究表明,这两个效应之间的平衡取决于脑代谢。当大脑的糖分解状态因组织氧合作用较低而得到增强时,由星形胶质细胞调控的血管收缩转化成血管扩张。操纵这种体内平衡状态对于治疗脑供血下降可能具有疗效。脑供血下降出现在一些痴呆症中,或出现在中风之后。

控制VSP表达的机制
小肠原生动物寄生虫“蓝氏贾第鞭毛虫”通过抗原变异来躲避宿主免疫系统,即一次只表达很多“变异体表面蛋白”(VSPs)中的一个,并通过一个未知机制自发切换VSPs。现在,Prucca等人发现,VSP表达由该寄生虫的RNA干涉系统调控。将Dicer和依赖于RNA的RNA聚合酶(RNA干涉系统的两个组成部分)沉默,会诱导多VSP表达,并使对抗体的易感性增大。这一发现对于有关“贾第鞭毛虫病”疫苗的研究工作可能会有用。

DNA合成过程的重启
复制器与转录器的一次迎头碰撞会使DNA合成过程停止,但一个复制体(replisome)碰到一个在DNA模板上沿同一方向工作的一个RNA聚合酶会发生什么情况呢?Richard Pomerantz 和 Mike O’Donnell发现,复制体(一种集聚合与校对活性于一身的多酶复合物)碰到障碍时可以灵活完成自己的任务。RNA聚合酶被从DNA中移走,但复制体和新生成的mRNA仍然附着在其上。一个复制组装因子(beta clamp)会找到mRNA的3\'端,并与仍然结合在一起的复制体相连,后者利用mRNA作为一个引子来重新启动DNA的合成。

合成含四个立体中心的手性分子的一种新方法
手性分子(两个镜像不能重叠的分子)具有共性,能够区分两个镜像(或称对映体)的细胞受体也是这样。某些类型的手性分子通过对映选择方式很容易合成,但有一类手性分子,即那些含有四个立体中心的分子,其合成仍是一大挑战。现在,Stymiest等人介绍了一种新方法,该方法可将仲醇(二级醇)从其单镜像形式转换成叔醇(三级醇)。叔醇两个镜像中的任何一个都能从相同起始材料以非常高的立体控制度合成。通过这种方法可以轻易合成一系列叔醇,对映选择性很高。

生态走廊的特点
生态学家所面临的一个中心问题是,捕食者与猎物之间的相互作用怎样影响整个生态系统?比如说,旅鼠和它们的捕食者之间的周期动态为什么是受捕食者对旅鼠(作为其食物)的喜好、而不是对其他猎物的喜好影响的?Matthew Holland 和 Alan Hastings利用一个数值模型发现,集中关注在生态学上具有相关性的相互作用(即关注相互作用较强的小型生态系统),将有可能模拟有利于捕食者与猎物的周期不同步、瞬间动态延长的生态系统,正如生态学家在自然界所观察到的那样。这一发现的一个含义是,连接断断续续生境碎片的生态走廊应有一定程度的非对称性,与自然环境相似。

大脑中神经连接的形成过程及控制机制
在正在发育的大脑中,会生成很多不同的神经细胞,其中每一种形成特定突触连接。每个生长中的轴突或树突会设法到达其目标,然后停止生长。科学家对允许连接神经元识别它们突触伙伴的机制还不是很了解。本期Nature上两篇论文对这一问题进行了研究。Morey等人对正、负基因转录调控因子之间的相互作用进行了分析,这种相互作用在果蝇视觉系统的一个组成单元——R7神经元中调控特定光敏色素及轴突引导分子的合成。令人吃惊的是,他们发现,R7层特定性的调控中的一个关键步骤是向另一层(该层由一个相关的R8光受体神经元支配)定位的一个选择性程序的抑制。Milan Petrovic 和 Thomas Hummel也是以果蝇视觉系统为模型,他们发现,时间选择对于一个神经元找到其突触伙伴来说是关键。层特定性(layer-specific)突触连接的形成由一个细胞内在的时程机制控制,该机制使不同轴突在不同N-钙粘蛋白表达层上停止,具体情况取决于它们什么时候表达转录因子Sequoia以及表达时间有多长。

小鼠前列腺干细胞的标记被找到
让小鼠反复经历雄性激素缺乏和雄性激素补充的周期,其前列腺会反复缩小和再生。这表明存在前列腺干细胞。研究人员曾用不同细胞表面标记来识别前列腺干细胞的候选目标,但它们对前列腺干细胞都没有特异性。现在,Leong等人报告说,他们识别出细胞因子受体CD117(也叫c-kit或干细胞因子受体)为一种罕见的小鼠前列腺干细胞群的一个标记。利用这个标记,并结合其他方法,他们分离出了在移植到活小鼠体内后能生成一个可以发挥功能的前列腺的单个细胞。

12月12日《Science》

据12月11日的《科学》杂志报道说,研究人员长期以来都怀疑在脑干中的一个帮助协调对压力和惊恐反应的特别的神经核(称作蓝斑 -去甲肾上腺素(或 LC-NE)同时也参与认知控制和精神集中的过程。现在,研究人员称他们已经有了科学上的证据。 Michael Minzenberg及其同僚给予人类受试者一种叫做 modafinil(又作:莫达非尼)的可以增进认知能力的药物,并同时对这些人的脑部活动用 fMRI进行监控。他们的结果披露了 LC-NE系统可直接影响额叶前部皮层的功能,因此也能影响认知的控制能力。在这一研究中, modafinil的作用与 LC-NE中的紧张性活动的降低以及与任务相关的及额叶前部皮层的活动增进有关,从而提示了一种相似类型药物的作用机制。 Modafinil目前是日益受欢迎的治疗严重抑郁症、注意力缺陷 /多动症和精神分裂症的药物。

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Article #21: "Modafinil Shifts Human Locus Coeruleus to Low-Tonic, High-Phasic Activity During Functional MRI," by M.J. Minzenberg; A.J. Watrous; J.H. Yoon; S. Ursu; C.S. Carter at University of California, Davis, School of Medicine in Sacramento, CA.


囚禁状态会损害大象的健康
  
 
  
据12月11日的《科学》杂志报道说,生活在野外的大象比生活在囚禁中的大象要更健康且活得更长。这一发现可能标志着一个长期存在的争论的终止。这一争执是关于大象的身体和精神健康的情况。它也可能对全世界的动物园带来某些变化。 Ros Clubb及其同僚分析来自 4500多头大象的数据后发现了将大象引进动物园会损害其生存能力的经验性的证据。研究人员提示,大象生命早期的受到压力的经验、在动物园之间的迁移以及可能失去它们母亲等诸因素都与在这些动物园大象中记录到的广泛存在的健康和生殖问题有关。研究人员审查了那些野生的亚洲象和非洲象的数据,并将其与欧洲动物园中大象的数据进行比较后得出了这些结论。鉴于这一结果,文章的作者建议对囚禁状态的大象进行压力和肥胖症迹象的筛检,以辨识出可能有问题的大象个体。他们还呼吁停止将大象从它们的本土国家进口的作法,并建议繁殖大象应该限于在那些对囚禁状态下出生的大象没有有害影响的动物园中。

Article #9: "Compromised Survivorship in Zoo Elephants," by R. Clubb at Royal Society for the Prevention of Cruelty to Animals in West Sussex, UK; M. Rowcliffe; K.U. Mar at Zoological Society of London in London, UK; P. Lee at University of Stirling in Stirling, UK; P. Lee; C. Moss at Amboseli Trust for Elephants in Nairobi, Kenya; K.U. Mar at University College London in London, UK; G.J. Mason at University of Guelph in Guelph, ON, Canada.


有助心脏免受高脂饮食伤害的基因突变
据12月11日的《科学》杂志报道说,研究人员在一篇研究报告中说,有一小部分的人携带着一种可帮助保护心脏免受高脂饮食影响的变异基因,这可能会开启心血管疾病新疗法的大门。高血浓度的甘油三酸酯与心脏病有关联,而该油脂是我们的食物中的最常见类型的脂肪之一。 Toni Pollin及其同僚对遗传上同质的 Lancaster Amish人群开展了一项研究,旨在寻找造成身体处理甘油三酸酯的个体差异的基因。研究人员应用血样本来寻找这些个人的整个基因组中的与血液中甘油三酸酯浓度有关的 DNA标记。这种“整个基因组范围内的相关研究”使他们找到了一种发生于 APOC3基因的突变,该基因编码一种叫做 apoC-III的蛋白质,而这种蛋白质可抑制甘油三酸酯的崩解。具有这一突变的个人仅能产生正常数量一半的 apoC-III,且他们血液中的甘油三酸酯的水平也最低,这大概是因为他们可以分解更多的血脂之故。同样,这批人还具有高浓度的“好”胆固醇和低浓度的“坏”胆固醇,以及相对较低的动脉硬化程度,这些都表明他们较不容易发生心血管性疾病。文章的作者指出,如果研究人员能够研发出以 apoc-III或编码 apoc-III的基因为标靶的药物的话,这些药物可能可用于治疗心脏病。

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Article #22: "A Null Mutation in Human APOC3 Confers a Favorable Plasma Lipid Profile and Apparent Cardioprotection," by T.I. Pollin; C.M. Damcott; H. Shen; S.H. Ott; J. Shelton; R.B. Horenstein; J.C. McLenithan; B.D. Mitchell; M. Miller; J.R. O'Connell; A.R. Shuldiner at University of Maryland School of Medicine in Baltimore, MD; W. Post at Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, MD; J.C. McLenithan; A.R. Shuldiner at Baltimore Veterans Administration Medical Center in Baltimore, MD; L.F. Bielak; P.A. Peyser at University of Michigan School of Public Health in Ann Arbor, MI.


未来又一次巨大规模的苏门答腊地震?
  
 
  
据12月11日的《科学》杂志报道说,东印度洋可能会再发生一次大地震,其强度可与 2004年 12月造成致命海啸的大地震相匹敌,该地震发生的时间将在未来的几十年内。 Kerry Sieh及其同僚是根据过去 700年在西苏门答腊附近的地震活动(这些地震活动被纪录在该地区的浅水珊瑚礁上)而做出这一预测的。与树干一样,珊瑚也有纪录所历时的环境变化的生长年轮。当地震将海底向上推升的时候,局部海平面下降,这时珊瑚无法向上生长,而是转而向外生长。因此,在海平面降低的那些年份中,珊瑚的横截面会出现珊瑚顶部生长年轮变平或者消失的情况。

文章的作者分析了苏门答腊 Mentawai Islands(或译:明打威群岛)海岸外的古珊瑚的横截面,这些珊瑚是沿着一条长 700公里的“ Sunda megathrust(或译:巽他大型逆冲带)”断层生长的,该断层在至少上半个世纪中就被封锁在一起,直到 2007年 9月的的一场大地震才将其分开。(2004年 12月的地震将该断层的一部分向更西的方向裂开。)文章的作者确认了沿着这一地带曾经发生过多组的大地震,至少在过去的 700年中,大约每 200年会开始发生一次,即其发生的时间在 1300年代、1500年代末及从 1797年至 1833年。因此, 2007年 9月的地震可能是下一组大型地震的起始事件,而大型地震将在未来的数十年中发生。过去三次大型地震组的时间跨度为几十年到略为超过 100年,因此,文章的作者说,要精确地预测下一次地震的时间将在何时发生是不可能的。但是,他们发出警告:地震性摇动及可能的海啸会造成重大的生命及财产的丧失。

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Article #16: "Bicentennial Earthquake Supercycles Inferred from Sea-Level Changes Recorded in the Corals of West Sumatra," by K. Sieh; A.J. Meltzner; J. Galetzka; B. Philibosian at California Institute of Technology in Pasadena, CA; D.H. Natawidjaja; B.W. Suwargadi at Indonesian Institute of Sciences in Bandung, Indonesia; C-C. Shen; K-S. Li

12月9日《PNAS》

社会地位和种族
根据一份新的报告,种族可以是一种可变的社会地位的标记,而不是人们与生俱来的固定的特征。Andrew Penner 和Aliya Saperstein使用了来自美国全国青年纵向调查的数据——这些数据包括了自述的和调查者辨别出的种族标记——并审视了这些种族概念如何变化。在20年中,每年进行这种面对面地调查,在调查结束的时候,调查者报告了被调查者的种族(“白人”、“黑人”或“其他”)。被调查者也在1979年和2002年的时候自述了他们的种族。这组科学家提出,在12686名被调查者中,调查者在那段时间对大约20%被调查者至少产生了一次种族身份概念的变化。这组作者发现,无论他们在以前的年份中如何被归类或识别,失业、入狱或者贫困的美国人更可能被归类和自述为黑人,而更不可能被归类和自述为白人。这组作者说,这些发现提示,由于人们自我归类以及被其他人根据他们的社会地位而归于某一个种族类别,种族成见可能成为自我应验的预言。

论文 #08-05762: "How social status shapes race," 作者Andrew Penner 和Aliya Saperstein

媒体联系人:Andrew Penner,加州大学欧文分校社会学系

Department of Sociology, University of California, Irvine, Irvine, CA

电话:949-824-8411

电子邮件:andrew.penner@uci.edu

媒体联系人:Aliya Saperstein,俄勒冈大学社会学系

Department of Sociology, University of Oregon, Eugene, OR

电话:541-346-8021

电子邮件:asaper@uoregon.edu

 

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粘性解决方案

利用纸和双面胶,科学家设计出了一种分析设备,它可以作为发展中国家的一种具有性价比和安全的诊断疾病的手段。目前在发展中国家使用的许多诊断设备依赖于简单却有限的技术,例如测量液体在纸上运动的试纸。通过把纸层和双面胶带结合起来——它们全都容易在市场上购买且价格低廉——George Whitesides及其同事发明了基于纸的三维微流控设备,它可能提供和玻璃或聚合物材料相同的功能。这组科学家利用一个激光切割器在双面胶上制造出了一个图案,并把它夹在了用光敏化合物处理过的纸的中间。这种方法制造出了一种拥有一系列通道和腔室的材料,每一个含有防水的壁,液体可以从中流动而不会渗漏到其他层。这组作者说,每一个设备的成本大约是0.03美元,而且分析可以无需昂贵的探测设备。这组科学家提出,这些纸探测“芯片”可能用于提供卫生保健诊断以及环境监测和水分析。

论文 #08-10903: "3D microfluidic devices fabricated in layered paper and tape," 作者 Andres W. Martinez, Scott T. Phillips和 George M. Whitesides

媒体联系人:George Whitesides,哈佛大学化学和化学生物学系

Department of Chemistry and Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA

电话:617-495-9430

电子邮件:gwhitesides@gmwgroup.harvard.edu

 

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狗感到嫉妒

科学家发现,狗能感到一种简单形式的嫉妒。对不同物种的实验表明当一只猴子的伙伴因为执行完全一样的任务却接受了更多奖赏的时候,它常常表达出怨恨的行为。猴子表现出进行罢工、拒绝参与以及忽略它们所认为的较低级别的补偿。Friederike Range及其同事报告说,狗也具有类似的辨别能力,尽管敏感度较低。这组科学家对由其主人陪同的一对家养的狗进行了实验。受试狗和它的伙伴相邻坐着,而它们的主人站在它们的身后,每一只狗被提示把爪子放在实验者的手上,如果它这样照办了,它将会得到一片香肠或者面包。和多种对照情况相比,这些狗对于不公平的奖赏分配的反应不同,这是根据当受试狗的伙伴因为完成任务而获得食物但受试狗没有得到食物时的反应而衡量的。这种怨恨可以用实验者提示狗的次数或者狗在拒绝之前执行任务的次数量化。这些狗看上去并不关心究竟它们得到了什么奖赏,也不关心伙伴在收到食物前是否完成了任务。这组科学家说,狗的嫉妒可能是更复杂的灵长类感情的进化前驱。

论文 #08-10957: "The absence of reward induces inequity aversion in dogs," 作者Friederike Range, Lisa Horn, Zsofia Viranyi和 Ludwig Huber

媒体联系人:Friederike Range,奥地利维也纳大学神经生物学和认知研究系

Department of Neurobiology and Cognition Research, University of Vienna, Vienna, AUSTRIA

电话:+43-676-9308094;

电子邮件:friederike.range@univie.ac.at

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酒精易感性的遗传联系

科学家找到了基因组的一个看上去可以决定饮酒者能在多大程度上感受酒精效应的区域。Raymond White及其同事提出,一个人对酒精摄入的反应程度提供了一种中间的度量,可以用于调查影响酒精滥用的遗传因素。这组科学家报告说15号染色体上的一个单核苷酸多态(SNP)与酒精反应的程度有显著的关联。低水平的酒精反应意味着饮酒者可以在感到醉之前忍受许多杯酒。这组科学家对来自圣地亚哥兄弟姐妹项目的313名白人兄弟姐妹进行了基因分型,并分析了两个前哨SNPs与反应水平的三种度量的关联。一个特定的SNP与身体摇晃之间存在明显的强关联。这组作者还调查了其他的SNPs,但是发现没有一个提供了饮酒对一个人的身体影响的更好例子。他们提出,已发现的几个遗传临近的候选基因可能是反应水平不同的原因。尽管其他研究已经把15号染色体和酒精使用障碍联系在了一起,这组作者提出,烟碱受体基因CHRNA5很可能对个体酒精反应的差异负责。

论文 #08-10970: "Chromosome 15q25.1 genetic markers associated with level of response to alcohol in humans," 作者Geoff Joslyn, Gerry Brush, Margaret Robertson, Tom L. Smith, Jelger Kalmijn, Marc Schuckit和Raymond L. White

媒体联系人:Raymond White,Ernest Gallo临床和研究中心

, Ernest Gallo Clinic and Research Center, Emeryville, CA

电话:510-985-3102

电子邮件:rwhite@gallo.ucsf.edu

 

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非天然发酵

科学家改造了常见的大肠杆菌用于生产长链醇,这可能用于生物燃料。长链醇含有的碳原子多于乙醇的两个碳原子,它们的能量密度都很大,而且相对容易从水中分离,这让它们成为了理想的生物燃料。在James Liao及其同事改造了大肠杆菌的一个生物合成路径使之提供多种长链醇之前,科学家没有合成天然长链醇的方法。这组作者把环状染色体插入了大肠杆菌中,让它可以过度制造一种天然的、延长版本的氨基酸前体。该染色体上的另外两个基因来自另一种细菌和酿酒酵母(S. cerevisiae),它们为把这种延长的化合物转化成六个碳原子的醇的酶编码。这组作者还制造了经过修改的这两种酶,让它们的活性部位可以适应更大的化合物,并改善了目标醇的产量。这组作者说,他们的分析表明经过改造的大肠杆菌细菌也可以用于制造一系列的其他长链醇。

论文 #08-07157: "Expanding metabolism for biosynthesis of nonnatural alcohols," 作者 Kechun Zhang, Michael R. Sawaya, David S. Eisenberg和James C. Liao

媒体联系人:James Liao,加州大学洛杉矶分校化学和生物分子工程系

Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of California, Los Angeles, Los Angeles, CA

电话;310-825-1656

电子邮件:liaoj@ucla.edu

 

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人类影响驱动火蚁入侵

一项新的研究发现人类的土地开发是让火蚁变成如此强大的入侵者的主要原因。

论文 #08-09423: "Experimental evidence that human impacts drive fire ant invasions and ecological change," 作者 Joshua R. King和 Walter R. Tschinkel

媒体联系人:Joshua King,中康涅狄格州立大学生物系

Department of Biology, Central Connecticut State University, New Britain, CT

电话:860-832-1651

电子邮件:kingjor@mail.ccsu.edu

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炎症的性别差异

新的研究表明睾丸激素降低人体制造白三烯的数量,这可能解释为何女性比男性更容易受到特定类型的炎症的攻击,例如哮喘。

论文: #08-09120: "ERK-mediated regulation of leukotriene biosynthesis by androgens: A molecular basis for gender differences in inflammation and asthma," 作者Carlo Pergola, Gabriele Dodt, Antonietta Rossi, Eva Neunhoeffer, Barbara Lawrenz, Hinnak Northoff, Bengt Samuelsson, Olof Rådmark, Lidia Sautebin和Oliver Werz

媒体联系人:Oliver Werz,德国图宾根大学制药分析学系,制药研究所

Department of Pharmaceutical Analytics, Pharmaceutical Institute, Eberhard-Karls-University Tuebingen, GERMANY;

电话:+49-7071-2978793

电子邮件:oliver.werz@uni-tuebingen.de

媒体联系人: Bengt Samuelsson,瑞典卡罗林斯卡医学院生理化学II部,医学生物化学和生物物理系

Department of Medical Biochemistry and Biophysics, Division of Physiological Chemistry II, Karolinska Institutet, Stockholm, SWEDEN

电话:+46-08-524-876-00

电子邮件:bengt.samuelsson@ki.se

 

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听力损失的可能疗法在大脑之内

科学家发现,在前脑内部生长的某些细胞可能有朝一日替代内耳中受损无法重新生长的细胞。

论文 #08-08044: "Cells of adult brain germinal zone have properties akin to hair cells and can be used to replace inner ear sensory cells after damage," 作者Dongguang Wei, Snezana Levic, Liping Nie, Wei-qiang Gao, Christine Petit, Edward G. Jones和 Ebenezer N. Yamoah

媒体联系人: Ebenezer Yamoah,加州大学戴维斯分校耳鼻喉学系

Department of Otolaryngology, University of California at Davis, Davis, CA

电话:530-754-6630

电子邮件:enyamoah@ucdavis.edu

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