7月5日Science杂志精选

2013-7-09 10:02 来源: 生物探索
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封面故事:埃平森林的农田鸟瞰图景

  英国全国范围的研究揭示了得到土地终极价值的策略

  一项新的研究强调,通过考虑土地的多种用途——并不只是那些像农业生产这种会产生眼前利益的用途——我们赖以生存的土地最终会产出更多的价值。组成我们多种生态系统景观的树木、土壤、平原和水路会产生让社会受益的范围广泛的服务,其中包括温室气体的封存、防洪、开放式获取的娱乐以及野生物种的多元性。然而,有关如何使用土地的决定常常忽略了这些服务,而只是专注于市场价值,像如何让农业产出最大化等等。确实,在英国,农业占了近75%的土地使用。

  Ian J. Bateman及其同事应用英国的国家生态系统评估(NEA)——这是一个对区域生态系统进行的深入的长达数十年的评估——的详细资料证明了专注于比市场更广泛的目标会如何改善土地对社会的价值。应用高分辨率NEA数据,研究人员设计了土地使用决策的驱动因子与后果的模型。Bateman及其同事用这些模型来预测在2060年时可预见的6种不同的土地使用的可能后果。作为这一项目的一部分,生态系统服务(如物种多元性的增加)及与土地耕种使用(如物种多元性的降低)有关的外部效应被转换为经济学术语,从而使得这些非市场物品能够与市场品种做直接的比较。该团队分析的结果揭示,仅仅关注于农业的决定会通过造成更多的温室气体排放及较少的娱乐机会及其它外部效应而降低生态系统服务的总体价值。为了找到解决方案而设立的的情景显示,土地价值的显著增加可从仔细纳入所有可能服务价值——包括生态系统服务——的策略而获得。确实,建模预测显示,土地价值的大幅改善可仅仅通过土地使用的适度改变而获得;例如,将相对少量的土地从农用转变为公共休闲会使得农作物价值有相对较小的损失,但与此同时却会产生一个大得多的增加娱乐的价值。这一创新研究——它展示了将自然科学和经济价值与土地使用决策相结合的力量——并非限于局部的规模,而是显示了其在国家范围内的应用潜力。

  大脑的甲基化图谱

  Global Epigenomic Reconfiguration During Mammalian Brain Development

  我们基因的表达可能会受到我们DNA上的特定标记的影响,例如那些通过对特定核苷酸碱基对的甲基化而被赋予的标记——这一过程被称为表观遗传学过程。科学家们现在提出了一个详细的图谱用以阐释在发育中的哺乳动物大脑中的甲基化如何随着时间的推移而变化。在我们很小的时候及在我们的神经环路正在成形时,DNA 甲基化会发生在我们大脑的神经元中;事实上,甲基化被认为与脑发育、学习及记忆等方面有关联。与此同时,尽管人们对发育时的表观遗传修饰一直有很大的兴趣,但很少有研究对其特点进行描述。

  现在,Ryan Lister及其同事用一种新的方法分析了在小鼠及人类脑发育中的全基因组范围内的DNA甲基化改变,而不是像许多过去做过的研究那样仅仅关注甲基化的热点。通过考察在多个发育阶段(胎儿、出生后早期及成年时)的神经元,研究人员绘制出了由DNA甲基化的特殊类型所致的基因组范围内的修饰,其中包括DNA 胞嘧啶甲基化(5mC),以及衍生的甲基基团,mCH。他们用这一图谱确定了脑中甲基化的几个有趣的特征,其中一个是,在人的头2年生命中,mCH在其神经元中有明显的积累,此后有所减缓,但最终会在成年人中成为最常见的甲基基团。在人类神经回路发育最快时(当我们非常小的时候)的mCH的普遍性提示,这一表观遗传影响在早期发育中是重要的;事实上,这种甲基化被删除的未出生的小鼠会出现运动缺陷并死亡。由Lister等人所做出的这一发现及其它发现提示,甲基化标记在大脑发育的过程中是呈动态存在的。在此创建的基因组范围内的图谱为人们更深入地了解大脑中的表观遗传修饰如何带来完全分化的神经系统铺平了道路。这项研究的结果还将为今后的针对大脑中DNA甲基化的研究提供一个有用的参照工具。

  人类肠道微生物群有多稳定?

  The Long-Term Stability of the Human Gut Microbiota

  研究人员研发出了一种改进了的、用来分析在我们肠道中和平相处的细菌群落的技术,这使得他们能够对这些细菌群落随着时间的推移而呈现的稳定性有所了解。对于为了长期的健康干预而用这些多样的微生物作为标靶而言,定义人类肠道微生物群落的稳定性是至关重要的。然而,科学家们对有关这些微生物株在我们肠道中是多么难以撼动却知之甚少。现在,Jeremiah J. Faith及其同事研发出了一种测序方法来准确追踪这些菌株。他们用这种被称作LEA-seq的方法对37人的粪便中的微生物群落进行了采样,他们中有4 人当时正在参加一个为期32周的进食流质饮食的项目,而其余的人则按其喜好进食。Faith及其同事发现,在采样者中有60%的细菌菌株在长达5年的时间中仍然保持着稳定。

  研究人员估计,某些菌株甚至会持续不变几十年。通过评估这些人的微生物株的随着时间的推移而改变及/或当那些吃特别饮食而减肥的人的微生物株的改变,研究人员发现,体重减轻对微生物株组成的改变比时间的推移要有更明显的影响。这表明,肠道微生物群的改变可作为宿主健康及功能的标志物。通过比较相关及不相关个体的全部微生物基因组,研究人员还发现,家庭成员共同拥有某些相同的微生物株,提示我们在很早的时候通过我们的父母而得到的微生物株能够为我们整个一生提供他们的代谢产物。在目前针对微生物组对健康的影响的研究继续进行的情况下,由本研究提供的对人类肠道微生物群稳定性的见解可被当作是一种参考工具。与此同时,由Faith及其同事研发的新型、低误差测序方法可能会让用于个性化疾病预防的常规粪便采样变得更加可行。

  新月沃土中没有农业的单一起源地

  Emergence of Agriculture in the Foothills of the Zagros Mountains of Iran

  在伊朗扎格罗斯山脉山麓的一组丰富的化石和人工制品揭示了该地区的早期居民在1.2万年至9800年前就开始了对谷类作物的农业性栽培。这一发现意味着从觅食到农耕的过渡在整个新月沃土或“文明摇篮”地区发生在大约相同的时候。直到最近,来自政治的压力限制了人们对东部新月沃土或现代伊朗的考古遗址的挖掘,但在其西部的发现——例如在塞浦路斯、叙利亚、土耳其和伊拉克等遗址——为人们提供了有关农业起源的详细线索。

  现在,Simone Riehl及其同事对在伊朗Chogha Golan的无陶器的(陶器出现前的)新石器时代遗址的植物残余物进行了分析,而他们的结果显示,那里的人们与同时代的生活在西部的人们都在种植并碾磨像小麦和大麦这样的谷物。据研究人员披露,在Chogha Golan遗址发现的植物残余物记录了该地区2000多年的土地使用并代表了在伊朗的长期植物管理的最早记录。他们说,居住在Chogha Golan的早期居民在大约1.2万年前开始了栽培并最终驯化了野生大麦、小麦、扁豆和草香豌豆。总而言之,这些发现提示,新月沃土的东部地区对新石器文化的发展同样也做出了显著的贡献,且在新月沃土的大部分地区基本上是同步发生的这一过程带来了对野生植物的管理及对谷类作物的驯化。一则由George Willcox撰写的《观点栏目》文章更为详细地解释了这些发现以及它们的含义。