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science中文每月通讯
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正如公民在社会中言论表达自由必须得到制衡一样，细胞已经形成了一系列的机制来调控其成分基因的表达。2008年3月28日，《科学》杂志及其在线姊妹刊物《科学信号》探讨了控制基因组信息表达的种种调节因子。正如《科学》刊登的一系列论文所述，蛋白质转录因子和微RNA是多细胞有机体中最大的基因调节分子家族，但它们并不是唯一的参与者。与代谢物结合的核糖开关 （其工作的停顿是由转录DNA的酶，即RNA聚合酶II完成的） 以及染色体的空间构造无不在调控活动中起着作用。在《科学》杂志中还刊载了一则新闻故事，它对渴望寻求疾病诊断与治疗新方法的生物医学研究人员及生物技术公司为什么对微RNA感兴趣的故事进行了探究。在《科学信号》杂志的Perspectives 中对致癌基因 Ras是如何指导肿瘤抑制基因的静默、染色体内的袢环是如何将增强子与启动子聚合在一起以刺激基因的表达以及大量的转录共激发因子是如何影响核受体所介导的转录过程进行了讨论。最后，《科学在线》的一段特别视频介绍凸显了我们对基因组的看法是如何从将其看作一个简单的资讯储库演变到将其看作一个内有DNA、RNA及蛋白质相互作用以指导细胞代谢及功能的复杂精奥及动态的网络结构的过程。 设计的信号回路 新兴的“合成生物学”所谋求的是对控制细胞反应的复杂细胞内信号通路所进行的剖析研究的超越，并开始利用所获得的这些生物学系统的知识来达到诸如创制自定义配置的信号传导回路等新的目的。在2008年3月14日《科学》杂志的一篇报告<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5869/1539>中，Bashor称他们已经实现了这一步。该团队决定对酵母菌中的一个已被充分研究的信号通路进行修改，该信号通路可介导酵母菌对交配外激素的反应。在此通路的核心存在着一种被称为Ste5的“支架”蛋白，其功能是作为一系列序贯作用的酶的装配平台，而这些酶可以将信号在此通路中进行传播。该团队以创制一个在Ste5上的新的蛋白相互作用区域作为开始。这时，通过为该设计的支架蛋白人工募集通路的正负调控因子，他们能够改变该通路的行为方式，例如，他们能过加快或延迟通路的反应时间，并将一种渐进的剂量-反应模式更改为开关式的全或无的反应方式。正如P.M. Pryciak在撰写的一篇相伴的Perspective<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5869/1489>所指出的，这些结果显示，“信号传导动力学可以通过理性的方式成功地进行设计再造。” 避蚊胺是如何发生作用的 尽管人类喷洒或者涂抹驱虫剂避蚊胺的历史已经有50多年了，但是人们对其作用模式（迄今为止）一直知之甚少。在2008年3月28日《科学杂志》（在线刊载于2008年3月13日的“科学快讯”）的一篇报道中，Ditzen 等<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5871/1838> 通过行为和电生理学试验来研究避蚊胺对于果蝇和疟蚊的作用，并确认该化合物的分子标靶。果蝇所受到的是食物气味的引诱，而蚊子则受到作为人体汗液的某一成分乳酸以及人体呼吸时散发出的二氧化碳和1-辛烯-3-醇的吸引。该小组发现，避蚊胺通过抑制介导对诱惑性气味进行反应的嗅觉神经元而作用于这两种昆虫的嗅觉系统。因此，与其说是避蚊胺驱逐了虫子，倒不如说是它让昆虫对于特定气味的敏感性变得迟钝。在3月14日刊的《科学》杂志<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5869/1471a>指出，如何理解避蚊胺的作用模式是朝着开发更多的有效替代品迈出的第一步。由M. Leslie撰写的一则相关的新闻故事解释了为什么理解避蚊胺的作用机制是朝向开发更有效替代品所迈出的第一步。 对葡萄球菌的认识 金黄色葡萄球菌是最成功的人类致病菌之一。由于它对无数的抗生素具有抗药性并能逃避宿主的抗菌防御系统，因此它一直被称为“超级病菌”。本月《科学》杂志上的2篇报告对这种细菌是如何能够逃避免疫系统释放的活性氧族分子的攻击提供了见解，并对一种消除葡萄球菌防御系统的可能的治疗策略进行了描述。金葡菌与许多其它致病菌的区别是它能够在一氧化氮基团（NO）存在的情况下生长与繁殖，而一氧化氮基团是一种由宿主免疫细胞释放的毒性化合物。在2008年3月21日刊的《科学》杂志中，Richardson等人显示，（<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5870/1672> ）除了自由基清除机制之外，金葡菌还拥有一种可被诱导的L-乳酸脱氢酶，通过这种酶，金葡菌能够将葡萄糖代谢全部转变成乳酸的生成，而这时其他较为敏感的各种酶的工作已被NO所终止。乳酸生成使得该细菌即使在受到宿主攻击的时候仍然能够维持氧化还原的平衡、保持其毒力及生长复制的能力。 葡萄金黄色素这种色素除了赋予金葡菌其金黄颜色之外，它还赋予了金葡菌抵御ROS的能力。有趣的是，葡萄金黄色素在其生物合成的早期阶段与胆固醇生物合成的早期步骤相像。在2008年3月7日刊中 （发表于2008年2月14日线上版）Liu 等人显示<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1391> 一种已经通过初始人体临床降胆固醇药物试验的胆固醇生物合成的抑制剂可以在体外环境中阻断葡萄金黄色素的生物合成并产生了无色的细菌，而这种无色的细菌被内在免疫系统杀灭的敏感性增高。因此，这一发现指明了一种抗金葡菌感染的新的治疗途径。 反社会性惩罚的调查 近期的研究显示了利他性惩罚——即某些个人愿意以付出个人代价的方式来加强社会规范——可以帮助人类社会中的相互协作的维持。现在，在2008年3月7日《科学》中的一篇研究文章中<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1362>证明了反社会性惩罚的广泛存在。Herrmann等提供了广泛存在的反社会惩罚的证据，其特征是对那些谋求加强合作的行为进行报复 （请听一则相关的podcast 片段<http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080307>）。 该小组在来自全球16个国家的大学生中做了公共物品游戏。该研究团队在世界上16个城市的大学生中进行公共品游戏，在该游戏中，参与者被给予一定数目的代币并被赋予可将其贡献给某团体工程的选择权。在每一轮游戏结束之后，所有的参与者的贡献情况都被披露，而参与者根据他们的意愿被赋予通过取走代币的方式而相互进行惩罚的选择权 ( 这是一种也会使惩罚者耗费一个代币的做法) 。参与者愿意支付他们自己的一个代币以惩罚那些为揩油而贡献数目少的人，但研究人员发现，这些揩油者是否接受对他们的惩罚或是以相同方式进行报复则在各个社会中有很大的差异。有趣的是，作为对惩罚合作者进行反应的个人受到惩罚的频度与程度与先前调查的数据一致，而这些数据所测度衡量的是这些相同社会中的公民合作及法制等社会规范。总的来说，反社会惩罚在最民主的社会中是罕见的，而在公民合作及法制等社会规范相对薄弱的社会中则较为常见。在一篇附随的Perspective中，<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1345>H. Gintis对这些结果进行了着重介绍。 两足直立的起源 两足直立是一个关键性的人类适应性改变以及原人分化枝（它们是比其它任何现存物种与现代人类更为密切相关的物种 ）的定义性特征。600万年前的图根原人的股骨化石提供给人们有关原人两足直立的某些最早的证据，但是关于它们的功能及系统发生学上的意义则自其在2000年在肯尼亚被发现以来一直存在争论。在2008年3月21日刊《科学》杂志的一篇报告中< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5870/1662 >，Richmond 和 Jungers提出了一篇有关这些遗骸和现代人、现存的类人猿及其它原人股骨化石的比较形态测量（形状）分析报告。他们的分析证实了图根原人股骨的两足直立的适应性变化，但他们也指出，这些化石与南方古猿---即那些生活在2-3百万年前的古猿——的化石最为接近，因此，他们的分析对图根原人是我们所划归的人属的直接祖先的论点是一种挑战。图根原人股骨的形态学还提出，南方古猿模式的髋骨生物力学的形成出现在人类进化的早期，而且持续时间几乎有4百万年，其持续时间一直延续到早期人类进化形成了一种新的髋骨及大腿的构造。 一则由A. Gibbons撰写的相关的新闻故事< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5870/1599 >及对Dr. Richmond的podcast采访< http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080321 > 对这些发现进行了着重的介绍。 鱿鱼喙状嘴的生物力学 活体生物是不同的相互连接组织的功能性集合。为了避免对这些组织造成应力及损伤，大自然常常在组织之间的界面处采用力学性质极为不同的物理性质梯度作为解决方法。例如，在人类牙齿的牙本质与牙釉质间的界面上就发生了硬度及其他力学性质的数倍之差的变化，且这种变化是在大约10微米的宽度中平稳发生的。在2008年3月28日的一篇报告中<http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5871/1816 >，Miserez等人展示鱿鱼的喙状嘴 ——一种植入于柔软支持性肌肉组织中的既尖且硬的有机物质——同样采用了一种硬度梯度很大的材料，从其基部到尖端其硬度差别跨越两个数量级。尽管喙状嘴的切割端很坚硬，但由肌肉所支持的那一端却是柔软且可弯曲的。这一梯度与一种化学梯度具有相关性，它包括几丁质 （一种也存在于昆虫外骨骼中的多聚糖）水及富含组氨酸的内有dopa的蛋白质的混合物，而dopa是一种存在于多种结构组织中的化合物。正如P.B. Messersmith所撰写的附随的Perspective< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5871/1767 >指出，这些对复杂组织的结构及组成的研究将提高我们的将得自生物灵感的成分融合到合成材料的设计之中的能力。本研究的主要作者Dr. Ali Misere在一则相关的podcast采访中< http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080328 >对有关的发现进行了讨论。 加勒比海礁的发展 珊瑚礁是现代海洋中最具多样化及多产性的生态系统之一。由于人类的影响而造成的最近珊瑚丰富程度的下降已经使得人们的注意力聚焦在潜在的珊瑚生物多样性的丧失及假定的珊瑚高度多样化对珊瑚礁恢复能力的重要性上。与这种概念形成明显对照的是，现代的珊瑚礁生长的速率在全世界各地大体相似，尽管在各珊瑚礁之间的珊瑚品种多样化的水平可以有很大的差异。在2008年3月14日的《科学》杂志的一篇研究报告中< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5869/1521 >， Johnson等人对这种关系脱节是否具有长期的根据进行了调查，在将新的及已经发表的化石与地质学数据进行结合之后，该研究团队对在过去的2800万年之间，在热带西部大西洋内的珊瑚多样性及珊瑚礁发展的变化进行了比较。他们发现，珊瑚礁的发展与珊瑚的多样性无关，而在珊瑚消亡之后形成的最大的珊瑚礁地区的珊瑚多样性已经减少了50%。他们的结果提示，高度的多样化对珊瑚礁的生长及存留并不是必要的，而占优势地位的珊瑚品种对珊瑚礁的形成可能比单纯的珊瑚品种的数量要更重要。 大峡谷的年代测定 自地质学家第一次看见大峡谷的时候，其年龄及演化过程就一直是令他们非常感兴趣且引起很大争论的话题。该峡谷的历史尚不确定，其部分原因是，常见的依赖于对玄武岩流及石灰石沉积物进行分析的测定年代的方法对年代超过1百万年的标本则无法提供有用的资讯。在2008年3月7日的《科学》上的一个研究报告中< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1377 >，Polyak等人利用最近在铀-铅年代测定技术上的进步克服了这种局限性，这是一种利用铀通过其他元素而放射性衰变为铅的方法。该研究团队将他们的年代测定方法应用到洞穴沉积物上，而这些沉积物所标记的是留在大峡谷壁上的从前的地下水位的位置，因此它们可以作为该河床上古时水位的基准标记。这些数据表明，科罗拉多河用了大约1700万年的时间通过一英里深的大峡谷向下流割出其通道，而大峡谷是通过由西向东的源蚀而演变成的。另外，大峡谷的东三分之一似乎比其西部的割裂速度要快得多，而且可能在5-6百万年前就已经完成了其穿透过程。由T Atkinson及 M. Leeder撰写的一则附随的Perspective < http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1343 >对该报告进行了着重的介绍。 高精度时钟 根据在铯原子中的微波跃迁而设计的原子钟是当今标准的时钟，但是基于捕获原子和离子的光学跃迁设计而成的时钟为更为准确的计时提供了可能性，因为它们是在频率高得多的情况下运作的。任何新的计时标准的一种必要条件是，它能够将某一时钟与另外一个时钟的运作进行比较。2008年3月28日《科学》杂志上的2篇研究报道就做到了这一点。这2个小组中，每一个研究小组都将2种光学钟进行了比较并证明了其精度显著超越了当今最好的计时标准。Rosenband等 < http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5871/1808 >（ 已在2008年3月6日线上版《科学》上发表 ）将2种单离子光学钟 （使用铝或汞）进行了比较并显示，这2种时钟的频率比的误差的测算为小数点后第17位。Ludlow等人< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5871/1805 > （已发表在2月14日的在线版《科学》杂志上）发现，2种不同的光学钟，其中一种是基于锶而另外一种是基于钙，当它们之间相隔4公里的时候，可以使时间的些微不确定性保持在小数点后第16位。根据附随的由D. Kleppner撰写的Perspective< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5871/1768 >，这些研究代表了计时的一个里程碑，因为这两个小组都做到了使时钟的精确度远远超过标准铯钟的精确度。 土卫五有环围绕吗？ 2005年11月， Cassini航天器与土卫五相遇，它是土星卫星中第二大的卫星。正如人们预期所见，有关的仪器发现了因微小陨石不断轰击土卫五表面而击起的稀薄尘云的证据。但是，如Jones等人 < http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1380 >在2008年3月7日报道的，Cassini还记录到某些意想不到的东西：在该卫星的附近，能量电子数量出现下降 --- 这存在于土卫五的每一侧延伸有6000公里长的区域中。由于电子的衰减过大而无法用吸收电子的气体或星尘来解释，研究人员怀疑，可能存在造成这一现象的未被看见的固体物质。结合来自不同仪器的观察结果后提示，这种物质是由小颗粒或是直径大到1米的砾石组成，它们在土卫五的赤道平面形成了一个宽阔的圆盘。电脑模拟提示，在合适的条件下，这些颗粒可以一直稳定地存在于形成环的轨道中达数百万年之久。在由R.A. Kerr撰写的一则附随的新闻故事中< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5868/1325 > 提出，这些发现可能标志着2个第一：第一个已知某卫星的天然卫星，而这些天然卫星还形成了第一个已知的环绕某卫星的环状物。 羟基的第二来源 羟基基团（OH）常被称作大气“清洁剂”，因为它们控制着大气清理自身污染物的能力。因此，对大气氧化（或清理）能力的精确模型需要有对这种基团的所有重要来源的知识。人们一直认为，羟基基团产生的主要途径是在水蒸气存在的情况下阳光将臭氧分解所致。现在，在2008年3月21日的《科学》杂志上< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5870/1657 >， Li等人显示，处于电子激发态的二氧化氮与水分子间的双分子反应是对流层OH基团的另外一个重要来源。应用测定的速率数据连同可获得的太阳流及大气混合比率，研究人员显示，这一反应可以在某些情况下提供多达50%的OH。P.O. Wennberg 及 D. Dabdu在附随的Perspective中< http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5870/1624 >就为何这一化学反应会对空气质量模型具有重要的含义进行了讨论，因为在这一模型中，太阳光与散发出的氮氧化物族、羟基基团以及活性有机化合物是决定臭氧形成的速率的最为重要的因素。 -------------- 本月《科学信号》摘要 （注：《科学》的STKE在2008年1月的第一期改名为《科学信号》。欲知详情，请浏览Science Signaling网站。< http://stke.sciencemag.org/about/ >） *基质刚性和转化生长因子- beta *细胞对其周边的感觉不是通过视或听，而是通过对各种可溶性因子的“嗅”或“品尝”以及对非溶性的机械性信号的“触”或“摸”。细胞外基质（ECM）的弹性（所谓细胞外基质是细胞周围的蛋白质及碳水化合物网状结构）就是这些机械性信号之一，而这些机械性信号已被发现会影响广范围细胞的表现型，其中包括上皮细胞、神经元甚至还有干细胞。在2008年3月11日刊的Perspective< http://stke.sciencemag.org/cgi/content/short/1/10/pe13 > 上， R.G. Well和 D.E. Discher对一则最近的报告进行了讨论，该报告证明了细胞外基质的刚性还会影响转化生长因子-beta的释放，而转化生长因子-beta是一种与胚胎发生、恶性肿瘤及纤维化有关的与基质结合的蛋白生长因子。这一新的研究工作显示，软性ECM在细胞施加的压力下会变形，使得含有TGF-beta的蛋白复合物维持完整状态并使生长因子被封存在基质之中。然而，刚性的基质会抗拒这一变形并释放TGF-beta, 使其能够与细胞表面的受体结合并促进细胞分化和增生。这些发现表明，力学驱动的机制也可以调节其他与基质结合的生长因子的储存与释放之间的平衡。 本月《科学信号》的其他内容： --S.E. Henrickson等< http://stke.sciencemag.org/cgi/content/short/1/12/pt2 >为T 细胞引动的体内影像提供了一个幻灯展示及附随的注解（2008年3月25日）。 --S.L. Jenkins等人 < http://stke.sciencemag.org/cgi/content/short/1/9/tr2 >对如何应用在线非同步讨论的方式作为向学生介绍同行评审过程的一种机制，以及如何对学生的表现及理解进行评估进行了描述。 --B. Kemp-Harper 及 R. Feil< http://stke.sciencemag.org/cgi/content/short/1/9/pe12 > 对2007年6月在德国德累斯顿召开的第三届International Conference on cGMP Generators, Effectors and Therapeutic Implications进行了报道（2008年3月4日）。 |
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