本期《自然》《科學》精選

10月4日《Nature》

封面故事： 紀念“太空競賽”50周年
“太空競賽”今天是50周年。1957年10月4日（星期四），前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，讓世界為之震動。不管是第一顆人造地球衛星還是前蘇聯都沒有能夠穿越時間的長河維持到今天，但前蘇聯的精神似乎在這一古老帝國核心地區當前的一些政策中獲得了新生。在本期Nature上，我們用一組特別約稿來紀念這50年的歷程，其中包括一篇關于已有300年歷史、目前正在以超過沙皇時代和共產黨時代的規模進行現代化建設的俄羅斯科學院的“新聞特寫”文章。在一篇評論（Commentary）文章中，自前蘇聯解體后一直擔任俄羅斯科技政策部部長的Boris Saltykov說，在2007年，終于有跡象表明，俄羅斯的研究機構將能夠發展進行科學研究和創新的新方法。

宇宙X-射線的來源及其加速
來自在太空中運行的“錢德拉X-射線觀測站”的新數據顯示，在超新星殘體SNR RX J1713.7-3946的殼層中的X-射線熱點在以一個一年的時間尺度經歷變亮和衰減過程。這一超新星殘體的不尋常之處是，其X-射線發射基本上不是熱源的。 其快速的變異表明，存在通過一個同步加速過程發揮作用的超相對論電子，它們是X-射線的可能來源。所有這些因素加在一起，造成在一個被放大了100倍以上的磁場中宇宙射線的加速異乎尋常地快。

癌細胞轉移有逆轉的可能性
關于人類乳腺癌細胞的新的研究工作表明，它們與來自骨髓的間充質干細胞（MSCs）進行配合，來推進癌細胞轉移。乳腺癌細胞提示MSCs產生一種細胞因子CCL5，它在癌細胞上發生作用，促使它們入侵和轉移。重要的是，受到MSC刺激的癌細胞并沒有獲得一個穩定的轉移表現型，相反，它們會在沒有背景信號的情況下回到其惡化前狀態。這一結果讓我們看到一個可能性：癌細胞的轉移編程通過以CCL5或其受體為目標在治療上也許是能夠逆轉的。

專門針對痛覺神經元的局部麻醉方法
大多數局部麻醉劑的問題是，它們的作用沒有針對性。它們的親油性使它們能進入幾乎任何神經元，在那里，它們會不加甄別地阻斷細胞膜中的鈉通道。一種阻斷特定痛覺神經元的這種活性而又不影響其他感覺或運動神經元的方法，也許可用來創建一種目標性更強的局部麻醉方法，而這正是Binshtok等人在本期Nature上提出的一個觀點。他們報告說，利多卡因（lidocaine）衍生物QX-314可以定向于痛覺神經元。正常情況下，QX-314不能穿過細胞膜。但通過允許它經TRPV1通道（一種辣椒素受體）進入細胞可保證其止痛特效，這個通道在細胞中只在痛覺神經元中表達。對大鼠同時施用QX-314和辣椒素，可阻斷其機械感覺和對熱的感覺，誘發局部麻醉，同時不會出現“正常的”利多卡因麻醉可能造成的癱瘓現象。

牛皮癬的一個誘因
通過漿細胞樣樹突狀細胞（pDCs）的異常激發來產生干擾素，會引起由免疫系統調控的炎癥和牛皮癬的發病。現在，這一效應的一個誘因已被識別出來，其形式為人抗菌肽LL37，后者見于牛皮癬患者的皮膚中和受損的皮膚中。這種肽也被稱為CAMP，它能將由正在死亡的細胞釋放的本來是非刺激性的self-DNA轉化成pDCs中干擾素生產的一種強效激發因子。這些發現為LL-37過度表達在驅動牛皮癬以及其他相關疾病中的自免疫皮膚炎癥中可能發揮一定作用的觀點提供了證據。因此，LL-37拮抗藥物對于治療炎癥可能是有效的，而且LL-37本身也可能是疫苗的一種有用的輔藥。

玻色-愛因斯坦凝聚態的約瑟夫森效應被觀測到
約瑟夫森效應（指電流穿過一個薄的絕緣體障礙層的效應）是首次在一個由兩種超導體構成的體系中發現的，這兩種超導體的宏觀波函數通過一個隧道效應障礙弱耦合在一起。玻色-愛因斯坦凝聚態（BECs）預計也支持約瑟夫森效應，但此前尚未有明確觀測結果。現在，Levby等人報告，他們在一個BEC約瑟夫森結合點上觀測到了a.c. 和 d.c. 約瑟夫森效應。該系統可能適合用作超導量子干涉裝置（SQUID）的一個類比物，能夠探測轉動。

夏威夷冰川消退的時間
人們對最后一次冰期熱帶的氣候條件以及隨后發生的冰川消退知之甚少。現在，通過確定夏威夷Mauna Kea火山上冰磧（由冰川留下的巖石沉積物）的年代，Pierre-Henri Blard等人確定了該冰川消退的時間。利用一個關于冰川程度的模型來估計與這一消退相關的溫度變化，他們發現，中太平洋高海拔處的溫度在“上次冰期極盛期”要比今天低7 °C左右。全冰川條件在這一地區似乎持續到距今大約15,000年前。這個模式與在格陵蘭觀測到的模式相似，說明在上次冰川消退過程中，在中太平洋與北大西洋之間在大氣上存在一種聯系。

中國發現“奧斯坦型化石”
近年來，“奧斯坦型化石”（其特點是，假設存在的胚胎和節肢動物幼蟲的軟組織保存非常完好）已經改變了我們關于后生動物（metazoans）早期演化的特點。它們之所以被稱為“奧斯坦”化石，是因為它們在瑞典首次被發現的含油明礬頁巖沉積層名為“奧斯坦”；保存同樣完好的化石后來也在其他地方發現了。現在，重要的是，其他地方也包括了中國的下寒武統地層。真甲殼類(Eucrustacea，即有現代特征的甲殼類)化石常見于距今約5億年前左右的化石記錄。新發掘出的來自中國的“奧斯坦型化石”包括已知最早的、三維細節保存完好的真甲殼類，從而使這一類群動物化石記錄的歷史顯著提前。
應的一個誘因已被識別出來，其形式為人抗菌肽LL37，后者見于牛皮癬患者的皮膚中和受損的皮膚中。這種肽也被稱為CAMP，它能將由正在死亡的細胞釋放的本來是非刺激性的self-DNA轉化成pDCs中干擾素生產的一種強效激發因子。這些發現為LL-37過度表達在驅動牛皮癬以及其他相關疾病中的自免疫皮膚炎癥中可能發揮一定作用的觀點提供了證據。因此，LL-37拮抗藥物對于治療炎癥可能是有效的，而且LL-37本身也可能是疫苗的一種有用的輔藥。

食物鏈復雜性與穩定性之間的關系
自然生態系統由生物之間復雜的進食關系網絡組成。生態學家試圖了解什么使得這種復雜的網絡保持穩定，盡管事實上一個擾動就可能會導致種群之際彼此影響的所有種類的鏈式反應，這樣的鏈式反應也許會使這些食物鏈變得非常脆弱。現在，Anje-Margriet Neutel等人發現，通過在食物鏈根部保持一個相對較高的生態系統生物質比例，保持一種“金字塔”形狀，食物鏈的復雜性就可以增加，同時其穩定性就可以保持。這項工作是根據對荷蘭兩個不同地區的沙丘土壤中地表下的食物鏈所做的一項長期研究進行的，它使得所謂的“May’s paradox”悖論得到了調和。該悖論認為，隨機產生的食物鏈隨著其復雜性的增加，它們的穩定性會下降。

與視覺有關的第二種自適應機制
我們的視覺世界光線水平有一個巨大的范圍，比視網膜中的神經元能夠表達的輸出信號的范圍大100倍。然而，我們在從黑暗的電影院到明亮的陽光下等相差很大的光線條件下仍然能夠看到東西。這其中的部分原因可能是因為，錐形光受體能夠使自己的平均輸出適應環境光照條件。現在，研究人員在錐形雙極細胞和神經節細胞之間發現了第二種自適應機制。兩個自適應機制是互補的，當光線水平提高時，主導點（dominant site）會從視網膜回路切換到錐形自適應機制。

兩種分解酶復合物的晶體結構
同源DNA雙鏈之間的遺傳重組在基因組的維持和增殖中扮演一個關鍵角色。這一過程的核心中間體是一個四通路的結合點（Holliday），連接著兩個DNA雙鏈。這兩個鏈最終分開，形成兩個單獨的DNA雙鏈。各種不同類型的結合點分解酶見于原核生物、真核生物和它們的病毒。這些核酸酶對于DNA分歧點（branchpoint）有高度選擇性。現在，兩個小組描述了兩種不同的結合點分解酶的復合物的晶體結構，這兩種分解酶分別是endonuclease 1 (phage T7) 和 endonuclease VII (phage T4)，每個都與DNA結合點結合在一起。這兩種酶在結合時使結合點的結構顯著扭曲。新的結構揭示了這兩種酶何以對DNA結合點有選擇性，也揭示了分解反應的原理。

10月5日《Science》

對黑猩猩來說兩個葡萄干比沒有好
本期一篇研究報告揭示，當黑猩猩玩“最后通牒”游戲時，它們沒有表現出像人類那樣的公平感。“最后通牒”游戲是被廣泛接受的用來衡量不同年齡、不同文化的人類群體中的公平感的有效實驗。在這個游戲中，如果由游戲一方提出的分贓方案被另一方認為不夠公平（比如達不到總數的40%到50%），另一方通常會拒絕接受方案，結果使游戲的雙方都得不到好處。過去試圖了解現存的與我們最近的物種的公平感的實驗是一個類似“獨裁者”的游戲，這個游戲中，第二個玩方完全不能影響決定。Keith Jensen和文章共同作者把“最后通牒”游戲簡化成黑猩猩能玩的。第一個黑猩猩通過把一個裝葡萄干的抽屜盡可能地部分拉出來，從而向第二個黑猩猩提出一個分葡萄干的方案。如果第二個黑猩猩接受方案，它把抽屜完全來出來，兩個黑猩猩能按方案分吃到葡萄干。如果第二個黑猩猩不接受方案，它拒絕把抽屜全部拉出來，兩個黑猩猩都吃不到葡萄干。游戲用10個葡萄干和不同的方案分配：公平的(各50%)、超公平的（第一個得20%/第二個得80%）、不公平的（第一個得80%/第二個得20%）、或超不公平的（第一個得100%）。第二個黑猩猩通常除了它一個也得不到的方案外，接受任何分配方案，所以研究人員發現，因此黑猩猩提出公平分配方案的傾向也比較小。正如Jensen所說，“第二個游戲者的懲罰權利使最后通牒游戲成為對公平的有力檢驗”。
英文摘要：Chimpanzees Are Rational Maximizers in an Ultimatum Game,Keith Jensen, Josep Call, and Michael Tomasello

圈養繁殖的不利一面
一項新研究報告指出，圈養繁殖的虹鱒釋放到野外后，其后代的適應力不如野生的。圈養繁殖曾經是最瀕危物種的主要保護方式，但是現在被廣泛用于恢復衰退的自然種群，包括太平洋鮭魚和虹鱒。從理論上來說，危害野生種群的遺傳變異可能在圈養繁殖的種群中積累起來，因為圈養繁殖使種群少受自然選擇的壓力。為了檢驗這個想法，Hitoshi Araki和同事研究了圈養繁殖的虹鱒在野生環境中繁殖時的生殖成功率。文章作者分析了后代的遺傳系譜以及它們的成年存活率。結果表明，當圈養繁殖的種群回到野生環境后，它們繁殖的后代存活到成年的成功率比野生虹鱒的低40%左右，這意味著需要對圈養繁殖項目對恢復衰退的野生種群的影響做進一步的評估。
英文摘要：Genetic Effects of Captive Breeding Cause a Rapid, Cumulative Fitness Decline in the Wild,Hitoshi Araki, Becky Cooper, and Michael S. Blouin

野生烏鴉也會用工具
新喀里多尼亞烏鴉用科學家固定在其尾部羽毛上的小型攝像機自我記錄了它們在野外富于機智地使用工具的能力。這種鳥在實驗室里展示出相當的本領，在研究人員的錄像機前能用工具完成聰明的技巧。但是這些類似于烏鴉現實電視的結果與自然界有關聯嗎？實驗室研究是否的確揭示了幫助這些鳥在野外生存的行為呢？為了尋找答案，Christian Rutz和同事將錄像機固定在野生烏鴉身上。觀察野生烏鴉一直比較困難，因為它們對人類的打擾很敏感，它們生活在森林覆蓋的深山中，人不容易看到它們。通過分析攝到的錄像，研究人員能對這些鳥在自然界尋找食物的效率作出估計：它們在地面覓食時每小時找到8小塊食物。研究人員還發現，這些鳥的工具使用以及選擇（比如小樹枝、干草狀的桿）比過去認為的要多樣化，而且這些鳥也許保存特別“好”的工具以備將來使用。文章作者提出，錄像跟蹤應該能用于研究許多其他遠離人類的鳥類的行為和生態。
英文摘要：Video Cameras on Wild Birds,Christian Rutz, Lucas A. Bluff, Alex A. S. Weir, and Alex Kacelnik

深海物種的多樣性
對太平洋中兩個相鄰的深海熱液噴口中微生物的基因組普查揭示，其中的細菌和古生菌種群的多樣性極高、而且種類比過去估計的多得多。雖然這兩個噴口相隔小于3公里，每個噴口有不同的化學和不同的微植物群。每個噴口包括了來自海底深部、噴口各個地方、以及附近海水中的生物。研究人員用新的DNA測序技術編目了這些微生物群體的廣泛性和多樣性，提供了比過去更多的細節。Julie A. Huber和同事用一種技術檢驗了在所有微生物中都有的核糖體RNA基因的超過90萬個字母的序列。他們用該基因一個多變的短區域中的微小差異編目了這兩個噴口中生命的多樣性。其中古生菌的多樣性比細菌的低，而且古生菌多樣性的普遍模式是幾個明顯的種群占主導地位，多樣性主要來自幾千個低數量的種群。
英文摘要：Microbial Population Structures in the Deep Marine Biosphere,Julie A. Huber, David B. Mark Welch, Hilary G. Morrison, Susan M. Huse, el al.