Lewis Carroll的作品Through The Looking Glass中的“红色女王”说，人必须跑得尽可能快才能呆在同一个地方。Leigh Van Valen将这一概念应用到宿主—寄生虫和捕食者—猎物互动关系中，在这些关系中，每个参与者都在以超过另一方所需速度尽可能快地演化。但怎样才能对这种所谓的“红色女王”动态随时间的变化进行跟踪呢？通过搅动一个池底的稀泥，研究人员找到了答案。水蚤Daphnia和它的一种微生物寄生虫都能在湖里的泥中以休眠状态存活很多年。在一项研究中，研究人员对来自比利时Heverlee的一个池塘底部沉积物中从休眠阶段苏醒的宿主和寄生虫与它们今天的后代进行了对比，发现寄生虫毒性随时间不断增强；但总体效应几乎没变：宿主和它们寄生虫的当今个体之间的感染率基本上是一样的。如同在很多“军备竞赛”中一样，结果是一个僵局。
P-型ATP酶是对所有真核生物和很多原核生物具有根本重要性的阳离子泵。本期Nature上3篇论文介绍了关于这一超级家族关键成员的结构及功能研究。本期封面所示为钠离子和钾离子泵的结构，是由Morth等人在本期杂志上以3.5埃的分辨率描述的，同时还刊登了J. C. Skou关于其50年前发现依赖于钠离子和钾离子的ATP酶活性的原始笔记。这篇论文显示了ATP酶与钾相结合的状态，同时还暗示了一种依赖于电压的调控基础。这些结果部分是通过与Skou所作实验相似的动能实验获得的。Olesen等人介绍了肌质网Ca2+-ATP酶(钙泵)的新的晶体结构，同时还有关于功能的研究工作，并且最终呈现了关于钙运输的一个完整机制。在植物和真菌中，细胞离子平衡状态和膜势是由胞质膜H+-ATP酶(另一种P-型ATP酶)提供动力的。Pedersen等人介绍了它的X-射线结构，提供了关于它是如何沿一个陡峭的电化学梯度来泵输质子的有关线索。
地球上的生命据信是从一个“RNA世界”演化来的，在这个世界上，RNA分子既催化重要的化学反应，又携带遗传信息。在现代生物学中，蛋白已经成为细胞中完成酶催化作用的主要角色，而核酸则仍旧扮演携带遗传信息的角色。然而，在细胞内，仍然有RNA世界的遗迹。其中一个遗迹就是线粒体tyrosyl-tRNA合成酶CYT-18，它来自真菌链孢霉，也与一种group I intron核酶结合，并且帮助进行剪接。现在，这一蛋白/核酶复合体的晶体结构已被确定。它们的相互作用界面与CYT-18用来在其酶催化作用中与tRNATyr结合的界面是不同的。研究人员还发现了在非拼接tRNA合成酶中不存在的特定变化，它们可能是RNA-蛋白复合体从只有RNA的酶演化而来的方式。
在经过多年经费匮乏之后，盖茨基金会和其他机构所做努力使人们再次加强了疟疾防治工作。目前，疟疾在非洲仍然是一种主要的致命疾病。本期Nature对这项工作的前景进行分析。目前仍然没有治疗疟疾的疫苗。Declan Butler解释了其中的原因，并报告了在开发疫苗方面所做工作。（News Feature p. 1042; Editorial p. 1029）赞比亚是受疟疾影响最严重的国家之一，该国在2005年执行了一个计划，试图在三年内将疟疾发病率降低75%。该计划所取得的结果是令人失望的，但令人欣慰的是，随着相关知识的传播，这一战役最终将会取得胜利。Michael Hopkin从赞比亚发回了关于Macha疟疾研究所的相关工作，该研究所是为推动本国的疟疾防治工作、并向其他国家推广经验而建立的一个优秀研究中心。（News Feature p. 1047）在一篇评论文章中，流行病学家Mark Grabowsky强调了将“新的经费”用在正确方向上、比如说用在区域监测网络上的重要性。（Commentary p. 1051） Martin Kemp翻阅了Ronald Ross的笔记，而其所获并不仅仅是关于疟疾与蚊子之间联系的发现。（Science in Art）
===================================
Nature 452: 7186 27 March 2008
===================================
（选自英国Nature杂志，2008年3月27日出版）
封面故事： 人类最早定居欧洲的时间已确定
The first hominin of Europe
石器时代考古学中最有争议的话题之一是人类最早是什么时候在欧洲定居的。这个时间一直都非常难以确定，因为已知最早的定居点的年代难以精确确定，而且这些地点只有石器而没有人类残骸。 现在，随着一块与来自西班牙北部Atapuerca出土人类化石的著名地点的 Sima del Elefante洞穴沉积物的石器及动物骨头相关的人类下颚骨的发现，这个问题已经变得比较清楚了。 研究人员利用不同年代测量方法，将所发现化石的年代确定为在距今110万年和120万年之间，从而使得这一地点成为关于人类定居欧洲的最古老及年代记录最准确的地点。本期封面所示为所发现化石中关键的一个，即人类下颚骨碎片ATE9-1，现存于西班牙布尔戈斯的“国家人类进化研究中心”（CentroNacional de Investigación sobre la Evolución Humana）。（Letter p. 465）
分析复杂疾病病因的分子网络方法（Complex diseases: Obesity gets complicated）Genetics of gene expression and its effect on disease / Variations in DNA elucidate molecular networks that cause disease
复杂的人类疾病源自很多遗传及环境因素的相互作用。为了描绘出造成肥胖症的各种因素的一个画面，研究人员将基因表达作为来自年龄在18-85岁之间的数百位冰岛人的血液和脂肪组织中的一个量化特征进行了评估。结果显示，对身体质量指数较高的人来说，在脂肪组织中有出现某种特征的基因激发模式的倾向，而在血液中出现这种倾向的程度要小得多。由脂肪组织数据所构建的一个转录网络与一个基于小鼠脂肪组织数据的网络有显著的交叠。有一种观点认为，复杂疾病是受到基因及环境影响的分子网络的紧急特性。对这一观点的实验支持来自用小鼠进行的一项研究。研究人员对小鼠基因表达网络所发生的扰动进行了分析，这种扰动和与肥胖症、糖尿病和动脉粥样硬化相关的代谢特征相关联。三种基因，即Lpl、Lactb 和 Ppm1l，被发现是以前未知的肥胖基因。这种“分子网络”方法让我们看到这样一个前景：治疗方法也许应以整个“疾病网络”为目标，而不是以一、两个特定基因为目标。（Article p. 423）（Article p. 429）
脑中一种新的信息存储形式（Synaptic plasticity: A new form of information storage）Compartmentalized dendritic plasticity and input feature storage in neurons
Losonczy等人描述了突触弹性的一个新颖机制，按照这个机制，高层次信息可以存储在局部树状分支尖峰信号（dendritic branch spikes）的向前传播中。本文作者们报告说，分支与躯干之间的耦合不像以前所认为的是静态的，实际情况是，分支弹性的一种关联形式允许神经元编码输入信号的时空关联。被称为“branch strength potentiation”的这一机制有可能代表着脑中一种以前没有被发现的信息存储形式。（Article p. 436; News & Views）
造血干细胞向血液中的释放由生物钟调控（Stem cells: A question of timing）Haematopoietic stem cell release is regulated by circadian oscillations
造血干细胞（HSCs）在血液中循环，从血液中到全身各处。现在，这些细胞向血液中的释放被发现是由身体节律调控的。在小鼠体内，HSCs响应于由连续光照或12小时的时差所诱导的节律振荡而发生显著波动。细胞激素CXCL12在干细胞中表达的时机，也因由骨髓中的神经元局部发出的肾上腺信号而与这种振荡同步。在动物休息过程中干细胞向血液中有节奏的释放说明，该现象在再生中有可能扮演一个角色。（Article p. 442; News & Views）
自旋-轨道耦合效应并非可以忽略（Carbon nanotudes: Spinning into control）Coupling of spin and orbital motion of electrons in carbon nanotubes
基于碳的材料被认为是自旋电子及自旋量子位等应用中很有希望的候选材料，因为它们的电子自旋被认为异常稳定。尤其是，过去人们曾假设电子自旋与其轨道运动的效应（自旋消相干的一个来源）是可以忽略的。现在，Kuemmeth等人否定了这一假设。根据关于高质量的、干净的单壁碳纳米管的一组详细的电子输送测定结果，他们观测到了电子自旋-轨道耦合的直接特征。这一发现可能会导致在纳米管中实现量子位的新的设计原理。而且，所观测到的自旋-轨道耦合也许还能被证明是一种很有价值的工具，可以作为碳纳米管中电子自旋的全电控制（all-electrical control）的一个机制。（Letter p. 448; News & Views）
采用乙醛的Mannich反应的有效催化条件被确定（Organic synthesis: More Mannich reactions）Proline-catalysed Mannich reactions of acetaldehyde
传统上，有机化学反应催化剂不是酶就是金属复合物。但是最近，小的有机分子（被称为有机催化剂）突然进入了人们的视野。有机催化剂对于催化一系列有用的反应很有效，包括被称为Mannich反应的一个碳-碳键形成过程。但遗憾的是，当使用最简单的基质乙醛时，这些反应总会失败。现在，Yang等人通过确定采用乙醛的Mannich反应的有效催化条件，填补了有机催化领域的这一空白。这一成果大大扩充了有机化学家的化学“工具箱”，对于合成手性、生物活性化合物将尤为有用。（Letter p. 453）
海洋的氧化还原状态（Oxygen steps in the ocean）Tracing the stepwise oxygenation of the Proterozoic ocean
地球大气中氧的生成，被认为是在元古宙（Proterozoic Eon）将要开始及结束时（距今大约25亿年至5.5亿年前）分两步进行的。然而， 人们对发生在这两个步骤之间的海洋的氧化状态及深海氧化的时间却仍然很不了解。现在，Scott等人利用来自黑页岩的钼及总有机碳数据来了解海洋的氧化还原状态。钼是营养循环过程的一个重要参与者，其供应状况对地球的氧化还原状态是高度敏感的。他们获得的结果为地球上氧的生成的历史背景提供了一个新的说法，并且对于研究地球上动物出现之前的事件也将有参考价值。（Letter p. 456）
熔岩生成的主导控制因素是地幔温度上升（Continental rifting: Lower crustalinclusion）Lower-crustal intrusion on the North Atlantic continental margin
当大陆分裂时，裂开的过程有时伴随着大量熔岩的产生，然而所产生的熔岩总量却不确定，因为所产生的熔岩只有一部分喷发到地表。而且，岩浆作用的原因仍然有争议，尤其是关于它是否是由地幔温度升高造成的。Robert White及本文其他作者发现，在北大西洋的法罗群岛附近，绝大多数玄武岩都是向内侵入到了大陆-海洋过渡带，而不是向外伸出地表。他们发现，这种熔岩作为岩床侵入到了下层地壳中，与大陆构造相交叉，而不是像人们经常所假设的那样成为一个由100%熔岩构成的“底板”（underplate）。本文作者得出结论认为，他们的结果表明，熔岩生成的主导控制因素是地幔温度上升，其生成并不要求在断层之下发生比较活跃的小规模地幔对流，也不要求在大陆分裂时存在富集地幔（fertile mantle）。（Letter p. 460）
生物复杂性与其演化能力之间的关系（Evolution: Complexity no handicap）Pleiotropic scaling of gene effects and the 'cost of complexity'
随着越来越多基因组序列数据的获得，研究人员就可以通过复杂的分析来研究有关遗传及表现型的演化生物学问题。Wagner等人通过测定基因多效性（pleiotropy，即一个基因突变所产生的多种效应）在小鼠骨架特征上的效应，对演化生物学中的一个基本问题——生物复杂性与其演化能力之间的关系进行了探讨。关于小鼠基因组中影响70个骨架特征的102个定量特征位点的数据表明，对于高等生物来说没有“复杂性成本”（cost of complexity），因为大多数突变只影响很少的特征，而且这些效应的大小并不会增加复杂性。（Letter p. 470）
昆虫激素对雄性和雌性果蝇的不同影响（Insect pheromones: Scent different ways）The Drosophila pheromone cVA activates a sexually dimorphic neural circuit
尽管两性之间存在极大的行为差异，但令人吃惊的是，对任何物种，研究人员都几乎没有发现能够将雄性与雌性脑区分开来的解剖特征。现在，用果蝇所做的研究工作揭示了雄性和雌性之间在其对昆虫激素cVA (cis-vaccenyl acetate)的反应方面存在差异的一个引人注目的例子。雄性释放该激素，而雄性和雌性都能探测到该激素，而且它们都是通过其触须中明显完全相同的神经回路来探测的。 该激素的气味诱使雌性去接受雄性，但在作为竞争对手的雄性身上，它却抑制求偶行为。用来获得这一发现的单一神经元跟踪方法也应当可用来研究其他通过遗传手段能够跟踪的物种的神经系统，如小鼠。（Letter p. 473）
小鼠对向上运动的目标特别敏感（Vision: Things are looking up）Molecular identification of a retinal cell type that responds to upward motion
任何神经回路（如眼睛中的视网膜）的功能与其连接情况直接相关，这是由不同类别神经元的功能及其对伙伴的选择决定的。这些特征由每个神经元的基因组成及分子相互作用决定，但一直难以从基因层面上到细胞结构和回路功能层面上建立一个连续的联系。In-Jung Kim等人研究出一个解决这一问题的新颖的交叉学科方法，并将其应用于视网膜神经节细胞。他们发现了一种新型的视网膜神经元，是由一个基因标记识别出的，这种神经元具有一个独特的细胞形状和一个独特的功能。这种类型的所有细胞都指向一个方向。令人惊异的是，这些细胞对在通过生物物理方法根据其结构预测出的方向上（即向上的方向上）运动的目标反应最好。该发现提出了一个有趣的问题： 为什么小鼠会对向上运动如此敏感？（Letter p. 478）
与植物气孔闭合有关的一种蛋白（A stomatal ion channel）CO2 regulator SLAC1 and its homologues are essential for anion homeostasis in plant cells / SLAC1 is required for plant guard cell S-type anion channel function in stomatal signalling
叶子下面的气孔控制植物与大气之间二氧化碳和水的交换。气孔孔径由跨越保卫细胞（guard-cell）膜的离子和代谢物的运输来调控。此前，没有植物胞质膜阴离子通道亚单元被克隆出来，这也许有点让人吃惊，而且研究表明，动物阴离子通道的同源基因并不编码植物的功能性离子通道。现在，两个独立的研究小组发现了一种蛋白，它是S-型阴离子通道功能的一个必要成分，是气孔响应于各种生理及压力刺激而闭合所必需的。被称为SLAC1的这种蛋白是真菌和细菌二羧酸/苹果酸运输蛋白的一个“远房亲戚”（亲缘关系较远的同源物）。（Letters pp. 483, 487）
SIRT6与端粒调控的关系（Telomere regulation）SIRT6 is a histone H3 lysine 9 deacetylase that modulates telomeric chromatin
哺乳动物Sir2因子SIRT6曾被发现调控基因组稳定性、与衰老相关的病变及调控小鼠的寿命，但SIRT6发挥功能的分子机制以前并不知道。现在，研究表明，在哺乳动物端粒上调控染色质架构的是一种组蛋白去乙酰基酶。SIRT6的删除导致端粒功能丧失和细胞衰老。SIRT6是WRN的稳定关联所必需的，后者是一个在Werner综合症（一种引起衰老加速的症状）中发生突变的因子。（Letter p. 492）
Sonic hedgehog(Shh)是一种形态发生素，它在发育中的肢芽中形成一个梯度，控制指/趾身份。在本项研究中，Tickle及其同事发现了Shh在肢芽中的一个额外的功能，即控制细胞周期调控因子的表达，从而控制生长及确定指/趾分化梯度活动区域的大小。他们发现，当它们在小鸡肢芽中抑制Shh信号作用时，所有指/趾前体都形成了前肢结构。相比之下，当它们抑制细胞增殖时，所有前肢结构都丢失，所有指/趾前体都形成了后肢结构。他们还发现，Shh表达的持续时间由细胞增殖控制。能够将Shh的指/趾分化功能与其对细胞增殖的控制及指/趾分化区域的扩大脱开关系，将能够帮助了解先天性及演化性指/趾还原。
楼主: chemytwei
发表于 2008-2-21 00:29:43
