本期《自然》《科学》精选

　　本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

1月25日《Nature》

封面故事：能进行基本逻辑推理的鱼

鱼类并不是因为聪明而出名，但它们可以被添加到具有逻辑思维入门知识的动物清单中。传递性关系推理，指的是根据已知关系来推理未知关系，这种能力是逻辑推理所必需的，也被看作是儿童发育过程中的一个重要步骤，而类似的能力也见于非人类灵长目动物、大鼠和鸟类。Astatotilapia burtoni是一种领土鱼（territorial fish），即其雄性的生殖成功取决于它们在“鱼类社会”中的地位。这种鱼能通过观察其他不熟悉的鱼之间的争斗，得知它们当中一种暗示的等级关系。令人吃惊的是，鱼是作为旁观者来间接进行这种学习的，而不需要直接强化学习。这种行为对以前的传递性关系推理模型提出了质疑，它表明，这些鱼在其特定的生存和生殖条件下已经形成了鲜明的推理机制。封面所示为这种鱼中的一个雄性个体。Page: 429

在实验室中创建生物演化的中间体

尽管有大量现代化遗传学研究工具，但自达尔文时代以来几乎没有变化的东西是我们依靠演化结果来揭示演化过程这一事实。由于缺乏演化中间体，所以生命起源之谜的大门对智能设计的支持者仍然是开着的。但一种新方法有可能填补这个空白。该方法涉及在实验室中创建演化中间体，并在它们之间寻找可行的路径。该方法将导致能够在可供选择的演化路径之间描绘出一条路线的所谓的“适应性景观”（fitness landscapes），并且已经产生了重要的新发现。Page: 


搜索蛛丝马迹有了通用算法

趋化性细菌可由局部浓度梯度引导向某一个营养源。在微观尺度是这样，但在更大的尺度上，这种局部提示就不可靠了，比如说风或水流可能会驱散觅食的动物所寻找的气味。Vergassola等人利用统计方法开发出一个基于对零星线索和部分信息的探测的运动策略通用搜索算法。该策略被称为“infotaxis”，因为它能在局部使信息获取的预期速度最大化。该方法有可能在嗅探机器人的设计中找到用途。Page: 406

超高密度分子电子记忆装置

集成电路的微型化在20年左右时间内有可能停止，因为到那时当前的技术将不能再进一步缩小。要在这个基础上再进一步微型化，通过DRAM（即动态随机存取存储器，一个来自分子电子学的概念）、纳米线的使用和缺陷容忍架构也许还有可能实现。将这些功能结合在一起的小型容错记忆电路已经得到了演示，但随着一个160,000位的分子电子记忆装置（大致类似于预期中的一种“2020年”DRAM电路）的开发，这一方法又被提升到了另一个层次。该电路仍然有大量不工作的记忆位，但它们可以被轻易识别和分离出来，然后工作的记忆位就可以被配置成一个功能完善的随机存取存储器。（Letter p. 414; News & Views）在一篇News Feature文章中，Phil Ball对使用超高密度分子记忆装置所需的电脑架构进行分析。


对关于海洋地壳形成过程的两种研究方法的比较

海洋地壳占地球表面的2/3，已经被研究了很多年，但其形成过程仍然没有被充分认识。一个问题是不易接触性：只有很少一部分海洋地壳进行了钻探和取样（地质学研究工具），而更多是依靠如地震探测（地球物理学研究工具）等遥感方法。这两种方法导致人们对地壳结构产生一些混淆。 Christeson等人通过对根据地震探测所做的解释与地质测绘结果进行直接比较，试图使两种方法所得到的结果一致起来。新获得的数据对认为地震层2A与熔岩层厚度相关的观点提出了质疑。相反，这些数据表明，2A层反射似乎相应于熔岩层内的一个变更边界。Page: 418


澳洲大陆更新世中期的动物

最近在澳大利亚西部干旱、无树的Nullarbor平原下面的洞穴中发现的丰富的化石源，让我们对更新世中期（距今大约800,000年至200,000年前）、远在人类到达之前澳洲大陆上的生命能够有难得的一瞥。尽管当时动植物多样性非常大（包括8种以前不知道的袋鼠物种，其中两种是树袋鼠），但当时的气候跟今天相似。这意味着气候变化一个因素不大可能是造成随后出现的将澳大利亚大型动物几乎全部消灭的灭绝事件的惟一原因。Page: 422
对“红潮”生物的重新认识

“红潮”生物Myrionecta rubra是一种独特的海洋纤毛虫，自达尔文乘坐“贝格尔”号考察船所进行的航行（当时他们在太平洋上看到了“红潮”）以来一直让科学家感到好奇。作为惟一真正的光营养纤毛虫（以光作为其惟一或主要的能量来源），它过去被认为拥有一种永久性的、能够进行光合作用的内共生体。但根据一项新的研究，事实不是这样的。M. rubra能够从一种特定的猎物偷取、并暂时保持一个细胞核，这种猎物就是隐芽藻Geminigera cryophila。 现在，研究发现该细胞核能将其功能保持30天左右，并被用来调控所偷叶绿体和线粒体。这一被称为“karyoklepty”的新颖的“细胞器耕作”方式可能是获得生物化学势的一种强大的演化策略，也可能是研究真核生物叶绿体获取方式的一个模型。Page: 426


酪氨酸激酶HER2 和HER3与癌症的治疗

某些酪氨酸激酶在很多癌症中过度活跃，抑制它们的药物如慢性骨髓性白血病治疗药物imatinib可以成功使用，但它们对所有由酪氨酸激酶驱动的癌症并不都起作用，新的研究工作指出了可能的原因。一种特定的激酶，即HER2，在乳腺癌中经常过度活跃，它通过该激酶家族中的另一个成员HER3传递信号。Sergina等人发现，当HER2被激酶抑制药物抑制时，一种反馈机制就会造成胞质膜中活性HER3的增加，如果HER2活性没有被彻底阻断的话，HER3将在胞质膜中继续发出癌细胞增殖的信号。所以，能够彻底阻断HER2活性（也降低HER3活性）的更有效的抑制药物也许能更有效地治疗癌症。Page: 437

1月26日《Science》

某些大脑受损患者比较容易戒烟
研究人员发现，大脑岛叶中的一个直径4厘米大小的区域与烟瘾密切相关，该结构的损伤能完全消除身体对吸烟的欲望。虽然伤害大脑不可能成为治烟瘾的选择，但是这些结果也许能为帮助吸烟者戒烟的疗法或为监测吸烟者采用现有戒烟疗法的进展情况提供线索。岛叶接收来自身体其它部位的信号，并把信号翻译成我们主观感觉到的东西。Nasir Naqvi 和同事做这项研究的主要灵感来自一位参加他们研究项目的大脑受损的患者，该患者曾每天吸40支烟，其间他得了中风使他大脑的岛叶受到损伤。这次中风之后，该患者称他的身体“忘了吸烟的欲望”，他不费力地戒了烟。 
之后，研究人员研究了69位有大脑损伤的患者，他们在大脑损伤以前都是吸烟者。19位的大脑损伤包括岛叶，他们中13位戒了烟，而且其中12位说他们的戒烟很快也很容易。一些有其它形式的大脑损伤的患者也不费力地戒了烟，但是总的来说，更容易戒烟的患者更可能有岛叶损伤，而不是大脑其它部位的损伤。论文作者认为，岛叶的损伤降低了患者对吸烟的实际欲望，而不是降低了大脑与吸烟有关的快感或“奖励”。 
报告：Damage to the Insula Disrupts Addiction to Cigarette Smoking, Nasir H. Naqvi, David Rudrauf, Hanna Damasio, and Antoine Bechara 


科学家找到维生素A受体
在近30年的研究之后，研究人员终于找到了允许维生素A进入身体细胞的蛋白质受体。大多数来自饮食的维生素A储存在肝脏中，当维生素A在血液中运输时，它与视黄醇结合蛋白(简称RBP)结合。科学家早就提出，细胞必须在其表面上有一个RBP受体，使RBP-维生素A复合体得以进入。Riki Kawaguchi和同事现在确定，一个过去知道的蛋白质STRA6就是这个人们寻找了30年的RBP受体，该蛋白质在胚胎发育和成年器官系统中被广泛表达。 
科学特快报告：A Membrane Receptor for Retinol Binding Protein Mediates Cellular Uptake of Vitamin A, Riki Kawaguchi, et al. 


跳跃蜘蛛求爱需要紫外光
Matthew L. M. Lim 和同事在本期一篇简报中报告，在紫外线照射下，华丽的跳跃蜘蛛Cosmophasis umbratica 的身体部分发出荧光，激发异性的交配兴趣。C. umbratica 具有对紫外线敏感的极好视力，并且雄性和雌性蜘蛛都有反射紫外线的身体部分。在全光谱光线下，两种性别的蜘蛛都采取求爱姿态。研究人员观察了当一个性别的个体处于全谱光下、而异性配偶处于缺少紫外线光下时，雄性-雌性的行为。当雄性不在紫外光下时，雌性对它们没有兴趣，而当雌性不在紫外光下时，雄性或不理她们或对她们以不大的兴趣响应。 
简报：Sex-Specific UV and Fluorescence Signals in Jumping Spiders, Matthew L. M. Lim, Michael F. Land, and Daiqin Li 


火星的水和二氧化碳可能在表面下
尽管火星探索漫游器确认了火星大气中有水和二氧化碳，但是研究人员用来自环绕火星轨道运转的火星特快飞船的数据确定，与理论的建议不同，火星大气几乎不在太阳风的冲击下逃逸。Stas Barabash和合作者用目前的逃逸速度推算35亿年中有多少火星大气由于太阳风而丢失。他们估计只有0.2到4个毫巴的二氧化碳和几厘米的水在这段时间中 丢失了。这些大气去了哪里，现在还不清楚，文章作者提出，这些丢失的大气可能仍在火星表面以下。 
报告：Martian Atmospheric Erosion Rates, Stas Barabash, Andrei Fedorov, Rickard Lundin, and Jean-Andre Sauvaud 


大脑响应输赢区域的成像研究
大脑中对潜在的赢钱和输钱敏感的区域对输比赢更敏感。Sabrina M. Tom和同事用功能磁共振成像(fMRI)映射了相关的大脑区域和响应水平。研究人员提出，将行为经济学与认知神经科学方法相结合能为更好地了解性格特征和行为紊乱提供线索。这些fMRIs显示，当潜在赢的数目增加时，该区域的活跃水平也增加。潜在的输表现为这些对赢敏感区域的活性降低。过去对输钱的神经成像研究曾着重于对后果的预期或者实际的决定过程。本文的小组研究了没有马上的赢或输的情况下，大脑对赌博如何评估。试验参加者对每一个赌博的选择不给“是/不是”的决定，而是选四个选项之一：强接受、弱接受、弱拒绝、强拒绝。大脑活跃程度的增加或降低与潜在输赢的大小相关联。这些区域包括过去发现的与接受和期待金钱奖励的有关的区域。 
报告：The Neural Basis of Loss Aversion in Decision-Making Under Risk, Sabrina M. Tom, Craig R. Fox, Christopher Trepel, and Russell A. Poldrack 


针对类风湿性关节炎的潜在的药物靶标
研究人员发现了一个叫cadherin-11的分子，它控制关节表面软组织的行为。这些软组织为软骨提供润滑和营养，也是类风湿性关节炎进攻的对象，类风湿性关节炎是免疫系统引起的慢性炎症，给患者带来疼痛妨碍他们运动。David M. Lee和同事提出细胞黏附分子是这个过程的关键的假设。通过研究一个没有cadherin-11的小鼠模式，他们发现这些小鼠的软组织发育不完全，而且它们的软骨和硬骨都受到了损坏。给有类似类风湿性关节炎的模式小鼠注射Cadherin-11药物减轻了炎症。这个分子有朝一日也许会成为治疗类风湿性关节炎的靶标。 
科学特快报告：Cadherin-11 in Synovial Lining Formation and Pathology in Arthritis, David M. Lee, et al.