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Nature, vol. 453, no.7192(zz)

http://www.natureasia.com/ch/

May 08, 2008

封面故事：鸭嘴兽基因组完成测序
鸭嘴兽（Ornithorhynchus anatinus）是一种独特的卵生哺乳动物，能泌乳，有毒液和
一个喙。它甚至还有一个供在水下觅食使用的电传感系统。鸭嘴兽是从哺乳动物最根部
的分支进化来的单孔目动物，既有爬行类的特征，又有哺乳类的特征。现在，一个国际
研究课题组报告了鸭嘴兽基因组的序列及分析结果。它综合了爬行类、哺乳类和其自己
的独特之处，为研究所有哺乳动物基因组的功能和演化提供了线索。这一点帮助揭示了
基因组印迹的起源；鸭嘴兽毒液蛋白是从提供爬行类毒液的同一基因家族独立发展来的
；乳汁蛋白被保留了下来；免疫基因家族的表达与鸭嘴兽生物学直接相关。除了为比较
基因组学研究提供一个非常宝贵的资源外，该序列对于单孔目动物保护也将是很重要的
。本期封面图片（由D. Parer & E. Parer-Cook提供）所示为鸭嘴兽独特的喙（上面有
电传感小坑）、眼睛及眼睛后的耳孔。
Page: 175

HIV逆转录酶在两种活性之间切换的机制
人免疫缺陷病毒（HIV）编码一种非常重要的蛋白，被称为逆转录酶，它是艾滋病治疗的
一个主要的药物作用目标。该蛋白有两种活性：利用病毒RNA基因组作为模板来合成DNA
；一种DNA-RNA杂合体的分解。每种活性都要求这种酶同时结合到DNA和RNA上。但它是
怎样知道要在哪种基质上表现哪种活性的呢？通过利用单分子技术所做研究表明，这种
酶是以不同取向与RNA和DNA结合的，可以在这些取向和活性之间切换，而不会与基质分
开。切换动态在很大程度上受非核苷逆转录酶抑制物的调控，而这些抑制物是抗艾滋病
药物的一个主要类别。因此，该结果可能反映了这些药物抑制病毒复制的一个机制。
Page: 184

利用计算蛋白设计方法生成8种新型酶
能够催化不能由天然生物催化剂催化的反应的酶的设计，对于计算蛋白设计领域来说是
一个巨大的挑战。来自加州大学洛杉矶分校及华盛顿大学的化学家利用计算蛋白设计方
法生成了8种新颖的酶，它们能够催化Kemp elimination反应——来自碳的质子转移的一
个模型反应。试管定向演化被用来增强所设计的酶的催化活性，从而使该方法成为合成
新型酶的一个强有力的策略。
Page: 190

土星也有一个赤道振荡周期
地球和木星在其大气层中都有赤道振荡，周期分别为两年和四年。现在，独立工作的两
个研究小组报告了一个关于土星的相关现象。Orton等人对土星平流层辐射二十年以上的
地基观测结果进行了分析，发现了一个周期为14.8±1.2个地球年的振荡。这个周期大约
是土星年的半年时间，说明同地球上的半年振荡一样，土星也有一个季节力的作用。Fo
uchet等人利用来自“卡西尼”探测器的红外光谱数据探测到一个类似的赤道振荡。
Page: 196

分子磁体量子自旋状态的寿命的确足够长
分子磁体是含有多个磁性离子的一种类型的分子，这些离子的自旋紧密耦合在一起，形
成单一的“集体”自旋。这种集体自旋的量子力学性质正在引起人们的注意，因为它有
可能是量子计算机功能单位的基础。此前，科学家尚不知道这些分子磁体的量子自旋状
态的寿命之长是否足以允许进行有用的计算，但新的研究工作表明，它们的确是这样的
。Bertaina观测到了这样一种分子磁体的自旋状态之间存在显著的量子振荡，这与存在
长寿命量子相干的推断是一致的，至少在这一体系中是这样。他们还设计出一个方案，
按照该方案，通过精心进行材料设计，这些性质有可能在实践中得到利用。
Page: 203

可选择性地高效捕获二氧化碳的ZIFs材料
“沸石咪唑酯骨架结构材料”（ZIFs）是多孔晶体材料，在其中，有机咪唑酯交联连接
到过渡金属上，形成一种四面体框架。很多不同的ZIF结构通过简单调整交联-交联相互
作用就可以形成。Wang等人利用这种办法合成两种新材料，其结构的规模和复杂程度都
是以前所罕见的。他们所获得的笼状结构在多孔网络中含有多达264个顶点，是由多达7
,524个原子构建的。这种笼状结构可选择性地高效捕获和存储二氧化碳，这一点，再加
上其稳定性和合成方法的简便性，使得巨型ZIFs成为以减少二氧化碳排放为目的的相关
技术的很有希望的候选材料。
Page: 207

未来干旱状况预测
西亚马逊雨林中2005年的严重干旱（显然与北大西洋海洋表面温度异常之高有关）是一
次重大事件，它促使人们猜测：热带雨林枯死是气候系统一个潜在的临界点。一项新的
分析表明，参照整个赤道大西洋海洋表面温度梯度，可以更好地理解这一事件，在该梯
度中，北部的温度异常只是其中一个因素。当把大气气溶胶效应包括进模型中时，这一
温度梯度中在过去一个世纪所观测到的变化就可以被重建出来。将这些趋势延伸到未来
，该模型表明，有助于形成2005年发生的那种干旱的海洋表面条件将会变得比今天普遍
得多。
Page: 212

用简单模型预测复杂景观中的生物多样性分布
密西西比-密苏里流域的巨大河流网络是生物多样性和生态服务的一个重要来源。对关于
淡水鱼分布的NatureServe数据库所做的一项分析，被用来揭示这样一个事实：一个简单
的、中性的环境群落模型就可以预测这一河流流域鱼类多样性的大尺度分布模式。生物
多样性的中性理论假设：共享食物资源的一个物种群落的成员之间的差别是“中性”的
，对它们的相对成功没有影响。这样的理论是有争议的，但正像在该案例中一样，它们
却获得了成功。一个采用最少数量的参数的简单模型能够预测复杂景观中生物多样性模
式的这样一个事实表明，环境变化的有效监测是可能的，并且还可能有助于资源管理及
保护策略。
Page: 220

Rest/NRSF的功能
名为Rest或NRSF的神经元抑制蛋白有各种不同效应，既包括致癌活性，又包括肿瘤抑制
活性，取决于细胞环境。它在小鼠胚胎干细胞中以高水平表达，但其功能一直尚不为人
们所知。现在，Singh等人发现，Rest/NRSF是维持干细胞“干性”的转录网络中的一个
元素。它通过阻断抑制干细胞自我更新的一种微RNA的表达来维持自我更新和多能性，促
使它们分化成特定细胞类型。
Page: 223

三个基因决定多能先祖细胞自我更新
干细胞通过其自我更新能力在一个生物体的整个生命期间来进行自我维持。多能先祖细
胞在形成很多不同种类的分异细胞的能力方面同干细胞一样，但它们不进行自我更新，
并且寿命有限。现在，用小鼠所做的基因剔除实验表明，通过删除仅仅三个基因，多能
先祖细胞就可以被转变成能够长期自我更新的细胞。这三个基因分别是p16Ink4a、 p19
Arf和 Tp53，它们的正常作用是防止先祖细胞进行自我更新。它们涉及通常在癌症中表
达的通道，这可能是先祖细胞中所发生的肿瘤生成性突变的一个机制。
Page: 228

短期记忆以“少而精”为原则
人脑除了保持大量长期记忆外，还能产生只维持几秒中的短期记忆，这种记忆对于完成
诸如将两个数字相加及比较两张面孔哪个更有吸引力等任务来说是必不可少的。我们知
道，只有有限的信息可以存储在短期记忆中，但我们是高质量地存储少量东西、还是有
可能以低分辨率存储数量无限的东西则是一个存在很多争议的问题。对视觉工作记忆所
做的一项新的研究解决了这个问题，其结果支持“高分辨率”之说：短期信息存储并不
以牺牲质量来谋求数量，而是存储数量相对较少的东西，将其表述为离散的、具有固定
分辨率的记忆内容。
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