本月《科学》摘要

干细胞研究进展
亚马逊的兴旺与破灭
飞行的种子
控制慢性病毒感染
绿色硅藻基因
人类的社会进化
从 X 射线双星到脉冲星
气溶胶与气候
纳米晶体是如何增长的
最小尺度的酸解
电荷的探测
本期的 Science Signaling

干细胞研究进展

特刊介绍 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5935/1661

人类干细胞能够自我更新以及分化成为多种细胞类型（多能性）的能力使得它们在人类疾病模型中非常有价值，而且它们也是治疗标靶的诱人的候选对象。 2009 年 6 月 26 日 的一个专版对干细胞研究的最近的进展进行了重点介绍。这些进展之所以成为可能与各学科间的各种努力并与研究人员、临床医师及生物工程人员之间的沟通改善有关。综述性的文章对基质干细胞在损伤修复中所起的作用、对癌症干细胞的研究以及它们与肿瘤治疗的关联性以及用来阐明干细胞的生物物理性质和它们的微环境的新技术进行了检视。有两篇 Perspectives 对可接受的有关干细胞研究的医学创新以及美国 Food and Drug Administration 在评估打算用于临床的干细胞产品的安全性上所存在的局限性进行了观察。该杂志还有一篇 Policy Forum 对由 National Institutes of Health 所制定的干细胞研究的指导方针草案进行了概述。一篇 Editorial 对修改联邦资助政策的需要作了重点的介绍。



亚马逊的兴旺与破灭

巴西的亚马逊以其生物多元性及其对气候调节和地球化学循环的影响而著称。但它也是该国最穷困的地区之一。几十年来，人们通过清除森林使其成为牧牛农场和农业种植场所来追求经济成长。在 2009 年 6 月 12 日 《科学》杂志的一篇 Report 中， Rodrigues 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5933/1435 对这种模式的土地使用是否确实与整个该地区毁林造地前沿的人类福利的可持续性改善有关进行了调研。 该研究团队分析了处于不同毁林造地阶段的 286 个自治市的有关经济发展的数据。他们发现，在整个前沿地带存在着一种人类发展水平的兴旺 - 破灭的模式。即：在毁林造地开始的时候，那里的人的相对生活标准、读写水平及其寿命似有增加的趋势，但随着毁林造地的进展，以上所述的各种标准又会下降。结果，那些居住在清除森林地带的人的生活并不比那些居住在保持森林完整地带的人要更好。在一则相关的播客采访 http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/324/5933/1435/DC2 中，文章的主要作者 Ana Rodrigues 对在保障人类福利的持续性改善的同时又能避免自然资源的耗竭所面临的挑战进行了讨论。做到这一点可能需要采取综合性的方法，其中包括更好地使用已经清理的土地、在剥蚀的地区推动森林再造、用直接的奖励方法来鼓励可持续性木材采伐及其它森林产品的收获等依靠森林的生计方法以及对碳封存给予付款等。



飞行的种子

每年春季，带翼翅的枫树种子在降落到地面时会像直升飞机一样地旋转。在有风的时候，这些不断旋转的种子会飞行达 1 公里 之远，尽管其体型小而且速度慢，但它们会产生出人意料的强力的提升力量。现在，在 2009 年 6 月 12 日 刊《科学》杂志的一篇 Report 中， Lentik 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5933/1438 解释道，这些带翼翅的种子所用的空气动力学机制与那些帮助飞蛾、蝙蝠及可能还有鸟类逗留在高空的机制相同。参看由 J. Grom; http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2009/612/2 撰写的 Science NOW 故事。该研究团队用一种机器模型种子及一种三维流动计量技术发现，正在降落的枫树种子会产生一种叫做前缘涡流的空气涡流，这种涡流与导致飞行中的昆虫和蝙蝠所产生的提升力流动结构相似。这种涡流降低了种子上方的压力，或基本上可说是将种子向上吸引以减缓其下降的过程。因此，应用前缘涡流代表了在动植物中进行高效飞行的一种空气动力学的趋同性进化的方法。



控制慢性病毒感染

T 细胞所介导的免疫反应对控制诸如 HIV 感染和乙型肝炎与丙型肝炎等病毒感染至关重要。在感染的初期，细胞毒 CD8+T 细胞通过杀灭感染细胞而大刀阔斧地削减病毒负载量，但这些细胞被进行性地“消耗”，并在慢性病毒感染中丧失其功能。这种消耗在辅助性 CD4+ T 细胞缺如的情况下会变得更为严重。但是， CD4+ T 细胞究竟是如何帮助 CD8+ T 细胞的机制却仍然不清楚。 2009 年 6 月 19 日 《科学》杂志上发表了三篇 Reports ；它们分别是由 Elsaesser 等在 5 月 7 日 在网络版上先发表的 Report http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5934/1569 ; Yi 等在 5 月 14 日 在网络版上先发表的 Report http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5934/1572 ；以及由 Fröhlich 等在 5 月 28 日 在网络版上先发表的 Report http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5934/1576 。现在，这些 Reports 显示，细胞因子白介素 21 （ IL-21 ）是 CD4+ T 细胞产生的一种基本因子，它已知在某些亚组的 CD4+ T 细胞分化上起着重要的作用，它能够帮助 CD8+ T 细胞控制慢性淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（ LCMV ）在小鼠中的感染。当 CD8+ T 细胞无法通过 IL-21 来发放信号，或当 IL-21 无法获得的时，它们会在数量上减少，并呈现一种更为耗竭的表现型，且它们无法控制病毒。相反， IL-21 依赖性信号的缺如不会影响 CD8+T 细胞对急性感染的初级的反应或对病毒再感染的反应，这表明，记忆 CD8+T 细胞的分化是不依赖于 IL-21 的。关于 IL-21 是否也会作用于其它类型的免疫细胞以帮助解决慢性 LCMV 感染还仍然有待确定。在一篇附随的 Perspective 中， L. D. S. John son 和 S. C. Jameson http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5934/1525 重点介绍了这些发现。



绿色硅藻基因

硅藻是海洋浮游植物中的主要成分，它解决了全球 20% 的碳固定问题。它们与其它的囊泡藻类（如：甲藻和球石藻）一同代表了数千种的真核细胞类生物。在 2009 年 6 月 26 日 刊《细胞》杂志的一篇 Report 中， Moustafa 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5935/1724 介绍了有关这些生物进化的令人惊讶的新的见解，这些成果皆因比较基因组的分析而成为可能。人们已知硅藻是从红藻那里通过一种叫做次生内共生的过程而获得了它们的光合作用细胞器（或称色质体）的。人们因此会期待在硅藻基因组中会含有许多源自于红藻的核基因。但是，新的研究披露，硅藻基因组中来自绿藻的基因要比来自红藻的基因多。该研究团队将 2 个测序已经完成的硅藻基因组中的数千个基因与其它数百个已经测序的基因组进行了比对后发现，尽管有许多的硅藻基因看上去来自红藻，但更多的基因（超过 1000 个基因，相当于 ~16% 的基因组）则源自绿藻。研究人员提出，远古的硅藻曾经拥有一种绿藻的内共生体，该内共生体将绿藻基因给予了细胞核，而这一绿色的色质体后来被一种内共生性事件所替换，从而产生了当代的红色色质体。在一篇附随的 Perspective 中， T. Dagan 和 W. Martin http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5935/1651 重点介绍了这一工作。他们指出，正如许多最近的基因组数据一样，这些新的发现“无法与当前的藻类进化理论适切地匹配。”



人类的社会进化

现代人类的行为起源是以考古学记录中符号及技术复杂性的增加为标志的，其中包括高度发展的工具、乐器和艺术。 2009 年 6 月 5 日刊的《科学》杂志中的两则研究对人之间的互动以及人群动态如何对人类的社会行为的演进发生塑造作用进行了检验。 Bowles http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5932/1293 用人类集团之间的竞争的影响结合史前及狩猎 - 采集时代由战争引起的成年人死亡的人种学和考古学证据来构建一个模型。他的分析表明，团组之间的战争的普遍性足以使人们发展出利他性的行为，因为这种行为可以改善一个团组赢得致命性冲突的机会。 Powell 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5932/1298 则致力于技术的进化和文化的复杂性，从而向人们展示了一个种群模型。该模型显示，现代行为的演化可能依赖于关键性种群密度及文化传播稳定性所需要的迁徙模式。该模型与基于遗传学的非洲和欧洲的种群动态学的估计是一致的，它表明现代行为的出现并不仅仅反映了人的认知能力的增加。 R. Mace 在一则相关的 Perspective http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5932/1280 及播客 http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/324/5932/1280/DC1 采访中对这些发现进行了讨论。



从 X 射线双星到脉冲星

毫秒脉冲星是快速旋转的中子星，其灯塔般的无线波束产生了周期短于 10 毫秒的高度规则的脉冲。这些极端性的物体被认为是通过一个为时持久的质量转移过程（即吸积在伴星上的物质回降至中子星，从而在降低其磁场的同时增加了其旋转的速度，直到它开始发射出无线电波为止）在低质量 X- 射线双星系统（由一个中子星以及一个像太阳一样的伴星所组成）中形成的。尽管研究人员过去曾经在低质量 X- 射线双星中发现过数个快速旋转的中子星，但是直到现在，他们才探测到了来自这些系统的无线电脉冲。在 2009 年 6 月 12 日 《科学》杂志上发表的一篇文章中（该文在 5 月 21 日 先行在网络版上发表）， Archibald 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5933/1411 报告说，他们在一个低质量的 X 射线双星中探测到了一颗中子星，该双星正处在一个转变成为一颗无线电毫秒脉冲星的过程中（请听一则对本文主要作者 Anne Archibald 所作的播客采访 http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/1172740/DC2 ）。光学观测表明，该系统（由一颗太阳般的恒星及一颗 1.69 毫秒的无线电脉冲星所组成）在过去的 10 年中已经经历了一个吸积期，但现在它已经不存在吸积盘，从而证实了毫秒无线电脉冲星与低质量 X 射线双星之间在演化上的关系。在一则附随的 Perspective 中， M. Kramer http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5933/1396 对这一 Report 进行了重点介绍。



气溶胶与气候

某些类型的气溶胶，如硫酸盐等，对气候具有冷却作用，因为它们能够反射太阳的射线；而其它类型的气溶胶，如黑炭等，则对气候具有暖化作用，因为它们可以吸收太阳的射线。根据 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 的一项估测，大气中的反射性的气溶胶占优势，因而造成了对气候的纯冷却作用，它抵消了几乎达三分之一的由二氧化碳造成的暖化作用。 然而，这些气溶胶达到的冷却程度是高度不确定的，因为根据全球气溶胶模型以及根据观察所得到的估计值之间存在着巨大的差别。在 6 月 18 日 网络版《科学快讯》上发表的一篇 Report 中， G. Myhre http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/1174461 将观察到的数据以及模型计算结合在一起以协调这两种方法。这项研究发现，来自气溶胶的直接的冷却作用大约比 IPCC 所估计的要少 40% （即每平方米为 0.3 瓦而非 0.5 瓦）。这一差别的原因是因为吸热的黑炭气溶胶的相对增加量要比人类活动所引起的气溶胶的总体增加幅度要大得多。 Dr. Myhre 在一则相关的播客采访中 http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/1174461/DC2 讨论了他的研究工作。



纳米晶体是如何增长的

纳米晶体（这是由数百至成千上万个原子结合而成的晶体簇聚合体）因为它们的化学和电学性质而成为一种吸引人的材料。它们被用于燃料电池的催化剂及发光性的细胞探针之中。了解这些颗粒增长的机制可帮助研究人员合成形状更复杂及具有量身打造的特定物理性质的纳米晶体。在 2009 年 6 月 5 日 刊《科学》杂志的一篇 Report 中， Zheng 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5932/1309 对他们应用透射电子显微镜方法来研究铂纳米微晶增长动力学进行了空前详细的介绍。 该研究团队用一种特别的液体池使得研究人员能够在原处观察晶体的成长。他们发现纳米晶体能够或是通过附加上来自溶液中的含有金属的单体物或是通过与其它纳米晶体以随机结合的方式进行融合来稳定地增长。该后一种过程并没有在纳米增长的经典模型中被考虑进去。研究人员提出，纳米晶体会根据它们的大小和依赖于形态学的内部能量而采用不同的增长途径。在一则附随的 Perspective 中， C. B. Murray http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5932/1276 对该 Report 做了重点介绍。


最小尺度的酸解

目前在现代科学中的一个驱动力是人们对在尺度不断缩小的系统中研究化学和物理现象的兴趣：分子电子学、单分子光谱以及原子尺度的显微镜学等领域都是适切的例子。在 2009 年 6 月 19 日 刊《科学》杂志的一篇 Report 中， Gutberlet 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5934/1545 思索在最小的尺度上进行酸解离研究，即在只有少数水分子存在的情况下探查单个盐酸（ HCl ）分子解离成其离子的过程。研究人员应用理论模拟加上激光基础之上的在超冷氦滴中的红外光谱有效地分离出了小型的液态 HCL 簇。他们发现， HCl 在被 1 个、 2 个或 3 个水分子溶解的时候仍然保持着完整。 HCl 分解成为离子对（就像是在大量的水中所发生的情况）需要第 4 个水分子的加入，而且其过程被已经存在的 3 个水分子簇的几何形状所易化。在一则附随的 Perspective 中， T. S. Zwier http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5934/1522 对未来的在这一小尺度范围内进行酸碱反应的研究中人们需要回答的某些问题进行了讨论。



电荷的探测

在诸如单电子晶体管等分子电子装置中，分子与其基础底物之间的相互作用必须最小化以保障它们的电子学性质不受干扰。在 2009 年 6 月 12 日 刊《科学》杂志的一篇 Report 中， Gross 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5933/1428 描述了一种为研究人员提供的在新的高度来控制纳米尺度系统的技术。科学家们最近显示，一种叫做非接触性原子力显微镜（ AFM ）的技术可用来为被固定住的分子在亚分子的分辨率水平进行摄像。这一新的研究现在显示，这种非接触性 AFM 还可用来探查在薄层绝缘膜上的个体原子的荷电状态。该研究团队应用一种在低温状态运作的音叉原子力显微镜来辨析吸附在一个氯化钠薄膜上的金银原子的荷电状态。在一则相关的 Perspective 中， E. Meyer 和 T. Glatzel http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/324/5933/1397 提出，这种方法可以扩展到多个分子或分子网络上，在那里，电荷可在特定分子的特别部位被加上或移除。因此，不仅仅分子电子学会对其有兴趣，而且催化作用、材料合成以及光伏技术业也会对其感兴趣。主要作者 Leo Gross 在一则相关的播客采访 http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/324/5933/1428/DC2 中对这一工作进行了讨论。

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本期的 Science Signaling

一种哺乳类的 Cos2 同源物

Hedgehog (Hh) 信号途径是一种在发育中决定组织构型及细胞命运所需要的在进化上保守的途径。在 Hh 阙如的情况下， * 果蝇 * 的驱动蛋白样蛋白 Costal2 (Cos2) 会介导转录因子 Cubitus interruptus (Ci) 的通过蛋白分解成为一种基因转录的抑制因子的过程。然而，在 Hh 存在的情况下， Cos2 会与跨膜蛋白 Smoothened （ Smo ）相互作用，而抑制因子形式的 Ci 就不会产生。在 2009 年 6 月 23 日 发表的一则 Research Article 中， Cheung 等人 http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/76/ra29 为人们提供了数条证据，表明驱动蛋白族的成员 Kif7 的功能与哺乳动物的 Hh 信号途径 Cos2 类似。因此， * 果蝇 * 及脊椎动物中的 Hh 信号通路看来比人们过去所怀疑的在作用机制上要更为相似。