2010年6月3日 Nature 主要内容

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（选自英国Nature杂志，2010年6月3日出版）6 U3 a$ l  T8 w: U2 P0 i3 z
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; ~6 Z. u2 Z6 }+ f& F1 X4 G( s
封面故事：种群多样性的重要性6 u* i# X$ d9 v0 f4 b
Population diversity and the portfolio effect in an exploited species% ]: g% ]9 }: ]# N" u1 o% Z
物种多样性在生态系统稳定性中的作用很大，但一个物种内的种群多样性也很重要，并
& I! f! E3 t3 k且经常被忽视。对关于返回阿拉斯加布里斯托尔湾的红大麻哈鱼的超过50年的数据所做' O6 D# P. D; w3 |- i, @/ q. H
的一项分析，正好反映了这种所谓的“组合效应”（这种说法是与金融市场上风险传播/ B9 Y; ]" D: I( L6 L0 z
的一种类比）会有多重要。红大麻哈鱼捕捞业是美国最脆弱的鱼类捕捞业之一，其中7 y+ y4 h+ c# F/ o2 g
60%以上（的红大麻哈鱼）来自这一地区。这里的渔场由数百个孤立种群组成，这个事* x. B7 k) c4 n
实使得所观察到的种群变化只有单一均化种群可以预见之变化的约一半，而且数值模拟
! d7 M# S# O* [的预测结果是，一个均化种群所面临的渔场关闭风险是非均化种群的十倍。就渔场管理
& P) s. s7 b5 y/ G, H/ K来说，这项研究工作表明，降低孵化场对遗传多样性的均化效应、在混合种群渔场中保
* ~; W7 ~4 g1 H护弱势种群不受过度捕捞和维持生境网络应当作为优先任务来抓。（Letter p. 609）. r# I% I, g2 F" I0 u

6 o* M0 q( A6 P* C, Z/ k, B1 F+ l" x# ]. S3 g4 l7 \. A
怎样让“大爆炸”理论在近距离也成立（Local difficulty for Big Bang）! r+ Q- [! \/ `/ L& A; y7 j4 Q
Nearby galaxies as pointers to a better theory of cosmic evolution
* l5 \: n  j* \" Q1 n1 E关于宇宙演化的“大爆炸”相对论理论，在大的尺度上对我们不断扩张的宇宙做了很好
: J/ N% B" _* F) t, x( s6 F% R6 e描述。但在距地球较近的、我们能够仔细观测星系性质的地方，其预测却有问题。例
0 ^, a9 w1 g" C# z如，我们相邻宇宙空间中的一些最大星系是在不太拥挤的区域被发现的，这与标准模型' F; S# I; R+ I+ a
的预测是相反的。被称为“Local Void”的区域所含星系要比人们所预料的少很多。如: K% r/ A: f# \' U: L7 Y
果假设物质形成星系和星团的速度快于当前理论所允许的速度，那么对附近星系的观测0 T- j: v! p  s; h4 p
结果就比较容易理解。Jim Peebles 和 Adi Nusser概括介绍了宇宙学家最近所做的一: Z7 z# p% q0 L9 U4 T3 Z8 R# q: F
些努力：他们试图对基本理论进行修正，以使“新物理学”在星系尺度上也能成立，同
0 G2 q6 y* T* g  `! P时还能在宇宙尺度上保持当前模型的特性。（Review p. 565）
+ t0 f7 i% d7 N4 z$ ~7 m
+ y6 r- u) e0 G& e% y8 n. S0 K8 V/ U9 U; Q, A; M
低氧条件帮助细胞存活（Low oxygen aids cell survival）; n% O1 l2 w) v
HIF-1 antagonizes p53-mediated apoptosis through a secreted neuronal
) C3 b1 @% L2 U- etyrosinase- X$ X  C- \0 v" f% |- N
活细胞已形成了一个复杂的响应机制，以帮助它们在氧含量较低的条件下（主要是在被; S% G% V' Y+ b6 F5 [4 S  Q
称为“低氧诱导因子”（HIF）的一个转录复合物控制之下）存活。癌细胞也利用HIF来8 W6 C& }0 J& k
适应肿瘤环境；高HIF-alpha水平在固体肿瘤中是常见的，而且由于不明原因还与预后
4 }( Z0 v4 N. R" c8 {较差相关。现在，在对模型生物线虫所做的一项研究中，一个可能的原因已被发现。这, \5 }% e2 ^" W9 m- H
项研究表明，HIF-alpha抑制p53调控的细胞凋亡（或称细胞自杀），后者通常阻止其中
* o1 i, w8 t& G* LDNA已受损的生殖细胞发生癌变。令人吃惊的是，HIF只在两种神经元中发挥作用，激发3 q" x) }0 X! C1 X& V
一种在线虫的很多其他细胞中抑制细胞死亡的酪氨酸酶。这个通道也在肿瘤细胞中起作  x1 i' L0 u- k* q& n8 J; I
用，因为抑制黑素瘤细胞中相当于TYR2的TRP-2会增加细胞凋亡。但是，虽然保护生殖
, X; T- M" [! C细胞不发生自我毁灭对于生活在土壤中的蠕虫来说也许是一种救命方式，但该通道在一, B, f# z' x. x4 l7 |/ L4 {
个肿瘤中若打开时却会成为一个潜在杀手。（Article p. 577; News & Views）
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独立于Dicer被处理的一组微RNA（No Dicer）4 m+ i8 \; C' n
A Dicer-independent miRNA biogenesis pathway that requires Ago catalysis
' [1 L% k0 W0 j) U8 t- F! |7 P" [被称为“微RNA”、在调控基因表达中发挥作用的一类小RNA是作为较长序列被转录的，
7 d2 M+ z9 Z( U( }. a: n它们被处理后而产生成熟的形式。两种核酸酶Drosha 和 Dicer依次发挥作用，来将微
/ d* }. M* m! FRNA修饰成所需的大小。现在，微RNA的一个子类（以在红血球生成中所涉及的miR-451
+ B# J5 Y6 U* z2 K1 y: B$ d& p; C蛋白为代表）被发现是独立于Dicer被处理的。其二次解理是由Ago2完成的，后者是一; v: @. E. N6 R7 g
种Argonaute蛋白，它是将微RNA和信使RNA方向保持一致的复合物的构成部分。动物
$ b+ {0 `2 `; }7 N* @% J( IArgonaute的核溶解活性是深度保守的，尽管在由微RNA引导的基因调控中Argonaute所2 W# \/ v+ E* n: \& p- G, o4 H
起的作用里它并没有明显的作用。这个新发现将Argonaute催化作用的保守性，与对脊
% B7 [4 t$ ^5 ^* d# h5 w椎动物发育来说很重要的微RNA“生物生成”的一个保守机制联系了起来。（Article5 i" X# |: Q* X' M% A+ C5 ^2 {9 t
p. 584）1 }& ]/ n$ _% [' p
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  Q: @  K' t9 r4 z7 Z$ G由电驱动的“纠缠发光二极管”（Entanglement to order）
" j' x- I: X) ]8 `% T; S: Y' IAn entangled-light-emitting diode4 c# }& ]/ m) V
光量子计算和相关信息技术要兑现其承诺，它们将需要一个由纠缠的光子构成的光源，4 y/ ?) {2 i0 h4 x8 h" D6 B
这个光源应能够按需高效提供。现有纠缠光源是激光驱动的，涉及庞大而复杂的光学体
' w3 |$ K- Q5 l7 M9 l6 w1 U% ?1 V系。现在，Salter等人研制出一种紧凑型发光二极管，它带有一个内置的量子点，这个  F/ i! H1 l. V# B, L1 P! t" f
量子点可以由电来驱动，产生纠缠的光子对。这种被称为“纠缠发光二极管”（ELED）5 }3 v; p" h6 O+ c
的器件要比由激光驱动的发光二极管简单得多，用传统半导体材料制成，是为量子信息
9 F! Z: r: S7 g- }0 {2 @应用开发纠缠光源的一个很有希望的起点。（Letter p. 594）( A) c: _- j7 D4 E: R) M$ j4 P

. [( d+ a' J) n; g5 }" r
1 f; L% U; u8 H4 R- Y# ?9 G3 J海洋沉积物中甲烷的转化（Sea-bed conversion of CH3）8 X' L& Y& h9 Z% \" ]/ t
The key nickel enzyme of methanogenesis catalyses the anaerobic oxidation of
3 |* d1 `; K9 d0 W$ _* C& jmethane, _. ^8 _( Q3 x8 L4 {
大量强效温室气体甲烷在海洋沉积物中被嗜甲烷古细菌和硫酸盐还原细菌转化成二氧化* W5 ~' S8 b4 n1 Z- ^' X0 t8 k
碳，从而阻止它们向大气中释放。认为这个过程背后的反应是“反方向的甲烷生成”反
+ M+ |- m4 M) C6 [! Z应（正常情况下将二氧化碳转化成甲烷的古细菌酶“甲基辅酶M还原酶” (MCR)在能量
( s1 S' [# f. o5 j/ J! ^条件不好时在“错误”的方向上发挥作用）的假设，由本期Nature上所报告的实验获得+ j2 o% V7 `, v
了支持。来自名为“Methanothermobacter marburgensis”的甲烷热杆菌的纯化MCR，
! p9 G5 g9 Z2 `5 K3 V0 Z' D被发现在平衡状态下能将甲烷转化成甲基辅酶M，转化速度与对活体中甲烷厌氧氧化所9 X0 U, a" M/ g" U
估计的速度差不多。（Letter p. 606）2 m9 G! X( r, Z. c1 c* |6 I0 j, T
: ]  N! c  ~5 P. C/ p% O/ v

5 ?# K0 i4 P' M- c: I决定加勒比“安乐蜥”演化的因素（Shape-shifting lizards）
/ A" z8 K! c' n( }Experimentally assessing the relative importance of predation and7 m/ u4 t% h) @4 A) a
competition as agents of selection; K' v1 R2 k% ^& g
自然选择的实验验证很少见，因为人们充分了解、足以能对选择目标做出预测的体系几
6 s( b% W; a# T  w+ k乎没有。加勒比名为“安乐蜥”的蜥蜴是个例外。几十年的研究产生了对这个类群的选' s/ r) |4 v2 m# _0 w* Z
择目标（身体大小、四肢长度）及选择媒介（竞争、捕食）的精确预测。作为对自然选2 k. Z6 y7 ^' h+ d  j0 p5 r
择的一个验证，Ryan Calsbeek 和 Robert Cox在六个加勒比小岛上对“安乐蜥”进行
% D. T, Q4 O! W# l) D6 |了大规模的种群操纵。虽然捕食者的存在的确影响蜥蜴行为，但有利于更大体型、更长: P! C' I% p, W& C3 T- g; q0 K
的腿和更强体力（形成）的是蜥蜴种群不断增长的密度。看来，物种内竞争对于决定这
( o+ t! f  K; z% ?$ E+ B: m6 A8 v些蜥蜴的演化来说似乎要比捕食更为重要。（Letter p. 613）
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4 g8 E1 s( K$ v" a0 A0 p% b
一种褐藻基因组已被测序（A brown algae genome）
/ D* k' N! q; W* HThe Ectocarpus genome and the independent evolution of multicellularity in
) w0 y6 Q* b  T9 ibrown algae
1 p9 r7 o8 t' s7 m" a% s' L% M0 e! ]Ectocarpus（褐藻的一个模型生物）的基因组已被测序。褐藻是复杂的光合作用生物，, @, B4 Q& J+ o1 O( l
它们已经适应了在沿海石质环境中生活。基因组分析为了解这种适应性提供了线索，并
, C* v* U/ S$ {# q/ c+ ]2 g且还显示了一大类集光及色素生物合成基因和新颖的代谢过程（如卤化物代谢）。比较
: k* O9 Y4 O2 u- y/ I- X基因组分析突显了一组受体激酶和相关分子在植物、动物和褐藻多细胞性的演化中可能( p* F# ~# M8 x* [; A0 |+ p
具有的重要性。（Letter p. 617）
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数学导师的传帮带（Mathematical mentors: leading by example）: A) F7 p$ S& F
The role of mentorship in protégé performance
/ B5 J) i' o: k9 g/ y& Z导师在学术上和在其他方面都会影响其门生的前程，这一点是清楚的，但不清楚的是，
" N! T$ k4 k5 d! [他们会在多大程度上影响其门生的未来辅导技巧和职业选择。“数学系谱项目”是对# d1 C/ D1 b  Q1 A
1637年以来114,666位数学家所从事职业进行追踪研究的一个项目，该项目的记录提供- G4 P9 Y, W- ^, F# {  _) ]
了一个数据集，其详细程度足以回答那些问题。Malmgren等人确定，学术数学家的职业7 o! y. ^: D0 ~4 N. O* w, ^. g( x
成功与他们辅导过多少门生相关，对学生少的导师，他们的门生日后所带门生数量要显+ O8 B. V5 F+ L5 N* o2 {  K
著多于其自己预计所拥有的门生数量。（Letter p. 622）  h2 `* v9 z2 \' g

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9 C& A& e; Y+ N. ~+ k! @+ oGWA研究对植物的应用（The genetics of plant variety）
) e: H6 C+ c  Y5 qGenome-wide association study of 107 phenotypes in Arabidopsis thaliana6 E0 @! E+ r# s4 B/ i! {0 i
inbred lines / Natural allelic variation underlying a major fitness% d0 t' K/ ?) }/ E& J
trade-off in Arabidopsis thaliana' _4 m! S6 B4 N. D
大规模全基因组关联（GWA）研究已成为人类基因组学中的一个重要工具，其关注焦点9 w  ^0 a- J- K$ Q' ^; u  F5 @& T0 j
大多是疾病，但也关注肤色等适应性变异。现在，这种方法被发现在植物中也同样有& b7 d# b, N6 A6 S- P4 {, U
用。Atwell等人报告了对自然出现的近交系拟南芥中的超过100种基因型所做的一项GWA
% i) l1 P- D4 x. {研究。他们获得的结果从“有显著关联”（通常是对单个基因）到“比较难以解读的发/ B7 R& O+ e, Q! Y- _: g+ x( M
现”都有，这说明复杂遗传因素和种群结构交互影响。由Todesco等人发表的另一篇相  f2 }; [, D$ e6 h* w- N3 p  u) H
伴的论文显示了这种方法检测“主要影响”基因位点的能力。利用正向遗传学和GWA分( Y* p0 B  N6 N; r# m, s+ s
析，他们发现，拟南芥单一位点（ACD6）上的变异是造成植物生长及抗感染能力方面的
" P$ B: C7 [" j: i3 k! _表现型变异的原因。由这个位点上的等位基因之一所调控的抵抗力的显著增强，可以解9 Q! C- ^1 N: E) K4 k% A9 o. d; U
释它为什么能在全世界的自然种群中持久存在，尽管这会大大减少新叶的生成。
, t: m( C; B8 x3 [' q( N（Letters pp. 627, 632）