8月16日 Science 杂志精选
更聪明的病虫防治
Smarter Pest Control
Ug99秆锈病会给那些未受保护的小麦品种带来毁灭性的影响(如图最右的两株);但对那些具有天生抗性基因的小麦则无能为力(图中最左的三株)。《科学》杂志推出特刊，探讨了过去和未来我们应对病虫灾害的防治战略。这些解决方案要求我们深知化学，免疫应答以及生态系统稳定性的相关知识。(SPECIAL ISSUE)
化石反映了一种掌握了新技巧的古老哺乳动物
Earliest Evolution of Multituberculate Mammals Revealed by a New Jurassic Fossil
研究人员说，一件来自中国的有1.6亿年历史的啮齿类样动物的化石就多瘤齿兽——这是在化石记录中进化最成功而且存在了很长时间的哺乳动物世系——的进化提供了一些新的见解。这一新发现的物种——被称作Rugosodon eurasiaticus (皱纹齿兽)——代表了在地球上出现的最早的多瘤齿兽中的一种，而且其独特的牙齿和脚踝提示它已经为后来的树栖及食草类哺乳动物的进化铺设了道路。
据研究人员披露，与现今的啮齿动物很像，这些多瘤齿兽在它们生活的时代充斥着极为广泛多样的生态环镜之中——在地下、在地上以及在树丛中——而这一与小体型的大鼠或金花鼠相似的多瘤齿兽的实例具有许多它之后的物种所依赖的适应性改变。
中国北京市中国地质科学院的Chong-Xi Yuan与其在中国与美国的同事将研究发表在了8月16日出版的《科学》杂志上，该研究报告了他们对R. eurasiaticus(皱纹齿兽)化石的分析。
该《科学》报告的一位共同作者Zhe-Xi Luo解释道：“后来的在白垩纪[时代]与古新世[纪元]的多瘤齿兽在功能上极为多元化：它们有些会跳，有些会挖洞，其它有些会爬树，而更多的是生活在地面上的。爬树的多瘤齿兽与跳跃的多瘤齿兽有着最有趣的踝骨，它们能用后脚做‘超后回旋’。”
他说：“这一新发现的令人惊讶之处是这些踝部特征已经出现在了Rugosodon (皱纹齿兽)之中——这是一种陆生哺乳动物。”
多瘤齿兽起源于侏罗纪时期并在渐新世灭绝，在更为现代的啮齿类在竞争上胜过它们之前，多瘤齿兽占据着多种不同的栖息地达1亿多年之久。到它们在地球上销声匿迹之时，多瘤齿兽已经演变出了使得它们能够完全享受素食的复杂齿列以及能够让它们穿越树梢的独特的活动技能。
该化石化的R. eurasiaticus(皱纹齿兽)被保留在湖相的沉积物中，提示该动物可能生活在岸边。但是，据Yuan及其他研究人员披露，该多瘤齿兽——这是该目动物中的最早成员之一——的踝关节已经是高度灵活易动的了，而它们牙齿已经适合于吃诸如节肢动物和蠕虫等的小动物和植物等等。基于他们的发现，研究人员提示，这些适应性的改变一定是早在该目动物进化的早期就出现了，并为随之而来的啮齿类样哺乳动物的大规模的多元化做好了准备。
据研究人员披露，R. eurasiaticus(皱纹齿兽)的发现还将某些多瘤齿兽在晚侏罗纪时期的分布范围从欧洲扩展到了亚洲。
Luo博士说：“这个来自华东的新化石与来自西欧葡萄牙的晚侏罗纪时期的多瘤齿兽的牙齿化石非常相似。这表明，Rugosodon(皱纹齿兽)及与其有密切关系的多瘤齿兽具有一个广泛的古地理分布以及跨越整个欧亚大陆的往返的播散。”
Yuan等人的报告得到了国土资源部及中国科技部、北京市科委、北京自然历史博物馆、国家科学基金会、卡内基博物馆及芝加哥大学的支持。(DOI:10.1126/science.1237970)
一种能使生物燃料生产变容易的酶
Caffeoyl Shikimate Esterase (CSE) is an Enzyme in the Lignin Biosynthetic Pathway
得益于从事木质素通路研究的科研人员的一项发现，人们可能很快就可以通过更简单的方式利用木屑、含淀粉的草及其它非食品类产品来生产生物燃料了。木质素存在于大多数植物物种的细胞壁中，它使植物结构变得结实。然而，这一 “强化”性质使得木质素很难分解成可发酵的糖，而且多年以来，随着植物性生物质被用来探索生产生物燃料，减少木质素含量的过程一直是研究人员面临的棘手问题。确实，在一个多世纪以来，他们探索了将植物中木质素含量降至最低的各种方法，但收效甚微;用非食物性植物物质来产能仍然无法以可行的商业规模进行。现在，Ruben Vanholme及其同事在研究拟南芥这种小型开花植物中的木质素合成通路时有了一个新的发现。以往的研究曾经显示，一种叫做CSE的酶与木质素合成有关，尽管研究人员并不知道其究竟怎样运作。为了研究其作用，研究人员将CSE酶进行变异并观察其结果;他们注意到CSE变异的植物显示出其脉管与纤维的染色结果没有那么强——表明木质素含量变少。他们还将正常植物与CSE变异植物的纤维素至葡萄糖转化进行了比较;他们发现，CSE变异株的存在会驱使可发酵糖产量增加4倍。由于像CSE这样的酶在各种各样的植物中都有发现——包括杨树和桉树，它们也被用作生产生物燃料——这一发现对研究用植物材料来生产能源的科学家来说具有广泛的意义。Vanholme及其同事的结果提示，科学家们需要调整他们的木质素通路模型以纳入CSE酶，后者可能证明有利于改变木质素的含量。( DOI:10.1126/science.1241602)
指向过敏的通路
Cleavage of Fibrinogen by Proteinases Elicits Allergic Responses Through Toll-Like Receptor 4
得益于一项新的研究，研究人员终于取得了一些进展以理解过敏反应是如何导致我们的肺部发炎及刺激我们的眼睛的，而且他们的研究结果对新的过敏疗法有帮助。科学家们知道过敏的驱动因子是什么：蛋白酶——这是在真菌等过敏原中发现的酶。但人们对这些刺激物是如何导致与过敏有关的如气道发炎及阻塞等副作用的则知之甚少。例如，科学家们不知道，显示能够检测到引起过敏症的物质的一种关键性的受体(被称作Toll样受体4)是如何被激发的。但现在，通过小鼠试验，Valentine Millien及其同事对这一谜团进行了阐释。研究人员让小鼠与真菌的蛋白酶接触并显示，如果纤维蛋白原这种凝血蛋白无法分解成纤维蛋白原裂解产物时，过敏性炎症就不会发生。正如研究人员所发现的，这些裂解产物与气道上皮细胞上的及被称作巨噬细胞的免疫细胞上的Toll样受体4结合并使得免疫系统将注意力转移到小鼠的气道，从而导致其发炎。在证实了裂解产物在介导过敏反应中的重要性之后，那些通过设计而缺乏裂解产物的小鼠则不会出现过敏症状，即使是在面对像真菌孢子这样的刺激时也不会。Millien 及其同事因此提出，启动过敏需要纤维蛋白原的分解，纤维蛋白原会发出信号让TLR4激活免疫系统。这项研究有助于对过敏反应分子基础的了解，而且同时提示了一种可在过敏疗法中成为标靶的新的通路。(DOI:10.1126/science.1240342)
冰原的中部vs. 边缘
Basal Drainage System Response to Increasing Surface Melt on the Greenland Ice Sheet
太阳对格陵兰冰原的照射会使其融化而形成水，但据一项新的研究显示，接下来发生的事情并非只限于冰原范围内，而这一发现可帮助研究人员更好地理解冰原在面对气候变化时的反应。研究人员已经知道在冰原上所形成的融水会被转移到下方的固体地面上，让冰原的底部润滑并最终会影响其在地面上移动的速度。然而，研究人员不十分清楚水一旦到达冰原之下时是如何分散开来的，而对这一过程的理解对预测这些大型的冰板块在未来的演化——尤其是在气候变热的时候——是至关重要的。有数个不同的研究团队对冰下融水的水文情况进行了调查，但这些研究团队所用的都是基于对高山冰川观察的概念模型。现在，Toby Meierbachtol及其同事就表面融水问题的一个重要方面报告了他们的观测数据，而这一表面融水的重要方面是指排水模式，它被作为与冰原边缘之间的一个距离函数，而且在该过程中，他们的研究披露了对一种新的概念模型(并非基于高山冰川的那个概念模型)的需要。通过测量在不同地方打入冰床的23个钻孔内的水压，他们发现，在冰盖外围地区(那里形成了大型而且有效的融化通道)与冰原内部(那里有着更多的分布通道)的排水结构是不同的。他们的研究表明，冰原内部的冰融化过程限制了冰下方的水分布通道的增长和联通性，从而防止了排水。鉴于气候变暖所预测的——它将只会扩大融冰的强度，理解冰原内部的融化过程是至关重要的。由Martin Lüthi所撰写的一则相关的《观点栏目》更为详细地解释了这些发现。(DOI: 10.1126/science.1235905)
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