Science最新内容精选

Science最新内容精选

合成生物学的魅力

如同乐高玩具一样建造的细菌显示出合成生物学向基因模块的设计和建造发展的潜力，这种基因模块可以向已有生物系统中导入新功能，甚至可以建造出新的生物系统。这一新兴领域汇集了那些力求理解生命并制造新生物功能的生物学家、物理学家、化学家和工程师。本期杂志特刊关注合成生物学领域研究成果如何帮助我们理解生物学并造福人类的。

走出青藏高原：上新世披毛犀证明冰河期巨型动物的高原起源

严寒霜冻的西藏高原可能是在最后的冰期中在北美和欧亚大陆活动的披毛犀牛和其它长着粗毛的耐寒动物的进化摇篮。人们一般认为，更新世的“大型食草动物”是从其在北美和欧亚的较不耐寒的先祖进化而来的，它们随着气候的冷却而适应了那里寒冷的环境。2007年，中科院古脊椎动物与古人类研究所的考察队，在喜马拉雅山西部海拔4200多米的扎达盆地中发现的一具完整的上新世披毛犀的头骨和下颌骨，被命名为西藏披毛犀（Coelodontathibetana）。披毛犀是已绝灭的最著名的冰期动物之一，是犀牛的一种。披毛犀具有非常粗壮的骨架、厚重的皮毛和巨大的鼻角。中科院古脊椎动物与古人类研究所王晓鸣研究员领导科研团队研究发现，披毛犀显示出了对寒冷多雪气候的适应。通过分析该化石的年代及其形体特征得出结论：与其在更新世所对应的犀牛相比，这一犀牛（西藏腔齿犀）在披毛犀系谱中属于一种相对原始的先祖动物。这一发现提示，这些犀牛首先在其它地区发生气候变化之前很久就适应了寒冷的西藏高原的气候，而西藏腔齿犀在气候变冷的时候已经做好了向亚洲其它地区扩散的准备。西藏披毛犀的更原始形态和更久远的时间，表明它不仅不是北极圈中发现的冰期动物的“后裔”，相反是它们的“祖先”。来自札达盆地的其它几种大型动物的化石（包括雪豹、岩羊及西藏羚羊）也发生了类似的对寒冷的适应。这一地区因此可能是在冰川期扩大活动范围的多种耐寒物种的起始点。

上：披毛犀

下：披毛犀头骨

南方古猿源泉种MH1的颅内模

南非的南方古猿新种——源泉种，2008年发现于南非马拉帕洞穴遗址（Malapasite），个体头骨及头后骨骼共计81件，涉及MH1和MH2两个个体。其生存年代距今约195-178万年，很有可能是由南方古猿非洲种进化而来，与其他南方古猿相比这一物种具有更多的早期人类特征。研究人员通过高质量的同步扫描得到了MH1的虚拟颅内模，发现其额叶总的来说表现出南方古猿的特征，但也有些人类额叶特征的雏形，如嗅球后移。南方古猿源泉种的前额主要结构分析表明MH1前额形状和组织结构均接近于人类。这些研究结果与从古猿到智人过渡的前额区域的神经逐步重组相一致，但是鉴于MH1颅内体积小，他们不符合过渡前脑逐步扩大的理论。

结构与深度序列分析揭示HIV-1抗体的演化

去年，国家过敏和传染病研究所（NIAID）疫苗研究中心（VRC）的科学家发现3种HIV抗体，其中2种在能保护人体细胞免受90%以上的HIV病毒的攻击。这3种抗体是从北美HIV患者的血液中发现的，分别称为VRC01、VRC02和 VRC03。最近，科学家报道了2位非洲HIV患者血液中的抗体类似于VRC01。研究发现VRC01样抗体都能以相同方式结合在HIV病毒同一位点上，这表明HIV抗原应该具有类似HIV保守位点的蛋白质副本（称为CD4结合位点）才能诱导出像VRC01一样功能强大的抗体。先发现，VRC01样抗体的基因经历高达70-90次突变才能转变成编码HIV抗体的有效基因。为了合成能诱导VRC01样抗体的抗原，要指导B细胞中基因突变成杀伤HIV病毒的抗体基因。为了规划B细胞的演化途径，科学家测序B细胞中所用抗体的基因，从基因水平上追踪抗体应对HIV病毒的演化。然后，设计出复杂的生物信息学技术用于破译文库中大量遗传数据。目前，已发现一种可以读懂文库中有关VRC01样抗体的基因信息的方法。

吡嗪酰胺抗结核病的机制：抑制致病菌结核分支杆菌的反式翻译

吡嗪酰胺是抗击肺结核的首选药物，可以显著缩短结核病的治疗周期。复旦大学张颖教授领导的科研团队找到了吡嗪酰胺在结核分枝杆菌上的标靶，并提出了该药究竟是如何消灭这些细菌。吡嗪酰胺进入患者体内后，通常会转化为具有活性的吡嗪酸。当吡嗪酰胺水解成为吡嗪酸后，它会将核糖体蛋白RpsA作为其标靶，而RpsA参与蛋白质的翻译过程。这种反式翻译过程对细菌在应激情况下（如饥饿、酸性pH值和缺氧等情况下）处理受损mRNA上的停止运作的核糖体是至关重要的。研究人员认为，吡嗪酰胺能够抑制这一过程可能是其成功治疗结核病的秘密。这种特别的抗结核药物是结核病疗法中唯一无法替换的药物，因为它能杀灭那些其它药物无法消灭的持久性的细菌。因此，目前抗结核病的所有候选药物都与吡嗪酰胺合并使用才能取得最佳的疗效。不过通过逐渐深入的研究，也许未来能发现更加有效的药物。这项研究解释了吡嗪酰胺的工作机制，有助于开发出更快治疗结核病的方法。

沿纬度和海拔梯度β-多样性的驱动力

理解生物多样性沿环境梯度的空间变化是生态学的核心议题。沿梯度出现的不同地点物种组成性周转的差异（β-多样性）常用于推断构成群落过程中的变化。我们展示了采样独立预测物种库大小变化引起的β-多样性的差异。例如，沿纬度和海拔梯度的森林资源清查采样清楚地显示热带地区和低纬度地区的β-多样性较高。然而，当校正了物种库中物种丰度的变化，β-多样性的变化消失。因此，没有必要引用温带与热带生态系统的群落组成不同来解释全球β-多样性模式。

“信使号”探测器传回的水星表面的主要元素组成

围绕水星运行的“信使号”探测器传回的X射线荧光光谱表明水星表面组成与其它类地行星不同。相对较高的Mg/Si和较低的Al/Si、Ca/Si比例排除了富含长石矿物地壳的可能性。硫丰度至少比地球或月球的硅酸盐丰度高十倍。这些观测结果与地表低铁丰度一起支持了水星由高还原性前体材料形成，可能是类似于顽火辉石球粒陨石的陨石，或者是无水的彗星尘埃粒子。低铁和钛丰度不支持这些元素不透明氧化物是造成水星低而变化的表面反射的原因的假设。