蚂蚁淘盘点：2013年10月《Science》杂志精选

科学交流的未来

ScientificDiscourse:BucklingattheSeams

《科学》杂志的编辑为这一特刊邀请了专家来检定科学家们在一个不断变化的媒体格局中相互沟通及与公众沟通时所面临的挑战。一篇《报告》、一则《政策论坛》、数则《观点栏目》及一组补充一篇特别社论的新闻共同描述了新媒体的到来是如何将实验室门后的科学讨论拉到世界范围的舞台上的，这一转变有望对科学家及民众产生鼓舞——但这并不是没有挑战的。这些文章探索了在新媒体背景中纵横的年轻科学家中所观察到的趋势。一篇新闻报道发现，某些对他们的研究开放的杂志没有从事严格的同行评审。这些报道的作者还讨论了已发表的科学文章的影响在当今是如何被衡量的以及当科学家们能够理解一个科学发现可能会有多么成功时，该发现可能会如何在其过程的早期发生改变。在这一特刊中的作者还就如何着手发表学术性科学论文提出了建议，他们提议将传统的与新型的方法进行结合。（DOI: 10.1126/science.342.6154.56）

让我们遵守规矩的脑区？

ChangingSocialNormComplianceWithNoninvasiveBrainStimulation

从着装规定和餐桌上的礼仪到税收及联邦法律，社会规范一直是人类文明的一个标志。纵观历史，人类一直通过威胁要惩罚那些不遵守社会规范的人来实施社会规范。如今，研究人员已经查明了一个被称为右外侧前额叶皮层(rLPFC)的特别脑区——rLPFC控制着对社会规范的遵从——无论是在对这些规范的采纳是自愿的还是在当受到惩罚威胁时。ChristianRuff及其同事用一种叫做经颅直流电刺激的技术来增强或降低在一个游戏中的63名研究参与者的rLPFC的活动；在该游戏中，参与者相互之间会转移金钱并会相互威胁如果所收到的钱的数量太小的话会给予制裁。Ruff及其他的研究人员发现，当rLPFC中的活性增强时——且当受到其他玩家以制裁威胁时——研究的参与者会给其他参与者显著地转了更多的金钱。他们说，另一方面，当rLPFC中的活动减少时--即使当受到制裁威胁时--参与者转给其他玩家的钱会显著变少。有趣的是，当转钱完全是自愿且不涉及制裁时，参与者会做出相反的事情——当他们rLPFC的活动增强时会转较少的钱，而当他们rLPFC的活动减少时会转更多的钱。研究人员还发现，当研究的参与者是与电脑而不是与其他人来玩该游戏时，刺激rLPFC所施加的影响会弱得多，提示rLPFC要影响社会规范的遵守可能需要有一个社会环境。这些发现提示，rLPFC构成了人类行为的一个古老而且重要的方面，且它们可能会导致对以不遵守社会规范为特征的某些精神疾病及神经疾病（更不用提犯罪活动）的新的了解。（DOI: 10.1126/science.1241399）

激素血管加压素与时差有关联

MiceGeneticallyDeficientinVasopressinV1aandV1bReceptorsAreResistanttoJetLag

据在小鼠中的一项新的研究披露，从时差中恢复的速度可能是由脑中的叫做血管加压素的激素决定的。当身体内的生物钟与环境的明暗周期不同步时会产生时差所致的疲劳及其它症状。大多数的时候我们都意识到这个系统的存在，因为它与环境的明暗周期完全同步，但快速跨越多个时区的旅行会让我们的内部时钟去同步化。人们在分子和细胞水平对这种现象仍然知之甚少。在研究模拟时差的实验情况下的基因改造小鼠时，YoshiakiYamaguchi发现，缺乏激素血管加压素受体的小鼠会较快速地从时差中恢复。在仔细观察时，他们发现在一个叫做视交叉上核（SCN）的脑区中的血管加压素信号传导可能是问题的症结。SCN是一个负责机体按照24-小时日程安排运行的主时钟。如同一个沉重的摆动中的钟摆，SCN中的血管加压素信号传导会创建保持强有力内部时间所需的有节奏的稳定性。这可解释旅行者为什么要花几天或更长的时间才能在一个新的时区中得到调整。文章的作者发现，用一种化合物暂时性地抑制血管加压素信号传导可在小鼠中防止出现时差。这些结果为开发治疗时差的可让经常旅行的人及深夜上班的人受益的药物铺平了道路。一则相关的《观点栏目》讨论了这些发现。（DOI: 10.1126/science.1238599）

海绵可为珊瑚礁群落循环使用资源

SurvivinginaMarineDesert:TheSpongeLoopRetainsResourcesWithinCoralReefs

珊瑚礁代表了地球上某些最多产的生态系统，然而，它们却可以在缺乏营养物质的水域——相当于海洋的沙漠——中兴旺成长。这种现象已经被称作“达尔文的悖论”，且它让科学家们多年来感到好奇。如今，JasperdeGoeij及其同事说，海绵在为珊瑚礁群落循环利用有机物中发挥了重要的作用，它们将来自珊瑚及藻类的溶解的有机物质转变成为像螺蛳及寄居蟹等较大的生物能够摄食的富有营养的颗粒物质。据研究人员披露，这种“海绵循环”帮助解释了像珊瑚礁这样的生物热区为什么可以持续存在于缺乏营养物的水域之中，而且它也许还能改善珊瑚礁的保护力度。先前的研究显示，某些微生物能将珊瑚礁群落中的某些溶解的有机物处理成为较大摄食者的食物，但这种微生物活动从来无法用来说明绝大多数的从珊瑚及藻类中排出的有机物质。DeGoeij及其它研究人员在水族馆中第一次研究了4种常见的珊瑚礁海绵物种并发现它们中的每一种会从其周边环境中吸收碳及氮并将其中的11-24%转变成为富含营养的领细胞或滤器细胞。他们说，这些领细胞会快速地从海绵上掉落并被较大的生物吃掉。研究人员还操纵了在一个自然珊瑚群落中的水交换并证实海绵在自然条件下也会起同样的作用。他们说，这一新发现的溶解有机物的海绵回路会产生与在一整个珊瑚礁群落中所有主要生产者所产出的近乎同样多的营养物。据这些研究人员披露，其它的像深海冷水珊瑚礁或温带地中海珊瑚礁等“海洋沙漠”可能也依赖于海绵循环来回收利用他们的营养物质。（DOI: 10.1126/science.1241981）

通过文学小说理解情感

ReADIngLiteraryFictionImprovesTheoryofMind

这是我们每日例行的常规，但要辨识假笑与真心的微笑，或感觉某人是否不自在，或判断朋友与家人的情感需求等皆非平易之事。这些是人类社会特有的能形成复杂社会关系的至关重要的社交技能。然而很少有研究调查是什么培养了这种技能，它被称之为“心理理论”。一项新的研究显示，阅读文学小说（即那些常被认为比主流人群所读的小说更严肃或更有学术性的作品）可能会提高成年人的“心理理论”。在一系列的涉及阅读短篇文学性小说参与者的实验中，DavidKidd与EmanueleCastano发现，阅读文学性小说可暂时性地增强心理理论。研究人员选择了获奖的作家或经典作家文学小说作品并将其对心理理论的影响与阅读非小说作品、通俗小说或什么都不读对心理理论的影响进行了比较。例如，在某一实验中，参与者被随机指派阅读6篇短文中的1篇。参与者接着被要求观看照片并确认有着不同面部表情者的情感。那些阅读文学小说的人能比那些阅读非小说、通俗小说或什么都不读的人更为准确地判断他人的情感。为了解释这些结果，文章的作者声称，阅读文学小说似乎可以扩展我们对他人生活的了解、迫使我们从不同的角度同时感知世界，并帮助我们认识到我们与小说人物的相似性；所有这些特征都模仿了心理理论。虽然有关在学校中教授人文科学与艺术的必要性的争论仍在继续，但这些发现提供人们有关文学社会价值的早期的经验证据，并为了解其它形式的艺术会如何影响我们对这个世界的感受准备了舞台。（DOI: 10.1126/science.1239918）
 

扫描电子显微镜下的红细胞

AnErythroidEnhancerofBCL11ASubjecttoGeneticVariationDeterminesFetalHemoglobinLevel

本期封面展示了红细胞在红细胞的扫描电子显微镜的假色图像（直径7微米）。非编码区SNP与疾病间存在着千丝万缕的联系，但这种联系背后的机制一直缺乏研究。这项最新研究发现了镰刀型细胞贫血病的一个易感位点，位于BCL11A的增强子区域，会影响BCL11A的表达并进一步调控胎儿血红蛋白（HbF）的含量。这为增强子的功能提供了新见解。（DOI: 10.1126/science.1245813）

湖泊揭示--解决一种环境问题引发了另外一种环境问题

HumanInfluencesonNitrogenRemovalinLakes

充满藻类的湖泊不会吸引夏季的游泳者，因此通过根除磷——这是一种藻类燃料——来清除这些绿色、滑腻的生物一直是人们的一个目标，但现在有一项新的研究显示，消灭这种元素有时会有其不好的方面。在淡水体系中，磷在一个与氮相连的过程中进行着循环。氮通过肥料使用和化石燃料的燃烧而进入湖泊及其它的水生生态系统。科学家们还没有完全明白氮从淡水体中被清除会多么有害及造成污染，尽管他们知道磷起着一种作用；它能帮助湖中的细菌将藻类从环境中所吸取的活性氮转变成为像在我们的大气中的无害的氮气。为了进一步地探索磷对氮的影响，JacquesC.Finlay及其同事对在美国、瑞典、德国、瑞士和意大利的12个大湖中的磷与氮的长期记录进行了评估。他们发现，富含磷的湖泊所清除的氮要比它们的低养分含量对等物——其中的氮总量要高的多——所清除的氮要多7倍以上。当氮在某湖泊中积聚的时候，它会促成下游的问题，其中包括藻华。Finlay及其同事的工作显示了磷是如何帮助遏制这一过程的。文章的作者指出，过多的磷仍然会成问题，且他们的研究并不表示磷清除氮的能力可成为放松对磷进行控制的理由。但他们的发现提供了更仔细地监控氮源的动力。他们的发现还显示，解决一种环境问题（清除可喂养藻类的磷）是如何意想不到地带来加剧另外一种环境问题的后果。Finlay等人的工作还可能帮助科学家们改善淡水氮清除的过程——这是一个至关重要的步骤，因为肥料的使用及城市化促使了有比以往更多的氮进入到这些水生资源之中。由EmilyS.Bernhardt等撰写的一则《观点栏目》提供了更多的见解。（DOI: 10.1126/science.1242575）

早期人类迁徙如何搅动了欧洲的遗传熔炉

AncientDNARevealsKeyStagesintheFormationofCentralEuropeanMitochondrialGeneticDiversity

对来自德国考古学遗址的同位素及遗传物质所做的新的分析披露了在现代欧洲人群起源之前所发生的遗传学变化。在本周的2则相关研究报告中，其中一则报告的研究人员记录了在早新石器时代或新石器时代至早青铜器时代之间——即在公元前5500年至公元前1550年间——发生在欧洲的4个关键性的人群事件，当时欧洲人正从狩猎与采集时期转变成农业和冶金时期。这些事件对应于已知的人类迁徙模式，且它们可帮助确定涉及这一欧洲农业及冶金崛起的某些特别文化的可能的起源。GuidoBrandt及其同事对来自居住在德国Mittelelbe-Saale地区的9个不同文化的364个古代个体在那4千年的过程中的线粒体DNA进行了研究。他们的分析提示，中石器时代的狩猎采集者被新石器时代的农民所取代；这些农民在从近东、安纳托利亚和高加索地区引进农业之后占据主导地位达2500年。接着，该地区经历了与来自斯堪的纳维亚的猎人-采集者的遗传物质的交换，提示中部的欧洲人与北部的猎人-采集者有了互动并分享了他们的知识。研究人员还描述了发生在晚新石器时代的另外2个事件，在这些事件中，这些与农业有关的基因组分别向东与向西移动。总而言之，这些遗传物质的改变披露了现代欧洲人基因组的起源。

由RuthBollongino及其同事所做的第二则研究报告显示，在农业被引进该地区后，猎人-采集者文化与农耕文化持续并存了2000年。这些研究人员对来自德国哈根的古代Blätterhöhle考古遗址的25个人的线粒体基因组进行了测序并分析了在这些标本的骨头和牙齿中含有的硫、氮及碳同位素。他们的结果披露了3个不同的人群--一个属于从先前时代遗留下来的猎人-采集者人群，一个是对该地区来说是新的新石器时代的农业人群以及一个新石器时期的同时也抓捕并进食淡水鱼的猎人-采集者人群--一起生活了大约2000年，且他们之间鲜有或没有繁殖。这2项研究凸显了过去各人群的复杂的活动和互动以及重建这些产生出当代欧洲的人群活动及关系的复杂性。（DOI:10.1126/science.1241844）

哺乳动物毕竟也能用RNA来对抗病毒

AntiviralRNAInterferenceinMammalianCells

哺乳动物是否会如同植物那样用一种叫做RNA干扰的通路来制服病毒一直饱受争议，现在，2项研究显示，某些哺乳动物细胞确实是这样做的。这一发现可为研究哺乳动物宿主中病毒性病原体的控制提供一种崭新的方法。RNA干扰或RNAi是一种细胞用来抑制或沉默特定基因活性的自然过程。在植物和无脊椎动物中，RNAi还充当病毒攻击系统——抑制病毒基因表达从而使病毒感染停止。RNAi通路是由病毒性主干——双股RNA触发的；一旦被发现，它会被切成叫做小干扰RNA(siRNA)的片段，后者会支配RNAi的基因沉默体系。小干扰RNA会在感染植物中积聚。相反，在哺乳动物中，病毒性入侵物还没有被显示会触发siRNA的产生。相反，被称作干扰素的蛋白则大量存在；这就是哺乳动物如何对抗病毒的方式。

然而，为了进一步地探索在哺乳动物中的一种基于RNA的病毒反应的可能性，P.V.Maillard及其同事对未分化的小鼠胚胎干细胞（mESCs）进行了观察--mESCs是那些缺乏由干扰素开展免疫反应的细胞。（如果某种病毒被这些细胞所消灭，那它肯定是由其它因素完成的。）他们用2种病毒来感染mESCs并观察到siRNA分子确实会积聚。YangLi及其同事对某种抗病毒RNAi反应是否会在活体动物中产生而不是在细胞中产生进行了调查。他们用日本库蚊病毒感染了只有7天大的乳鼠，而研究人员在试验中发现这些乳鼠也能用抗病毒的RNAi来消灭病毒。这可能意味着非常幼小的生物需要一个基于RNA的体系来对抗病毒--使它保持完整直至它们的基于干扰素的体系能够发挥作用。总之，Maillard和Li的研究就哺乳动物细胞中存在着一个抗病毒RNAi的通路提供了证据。他们说，文章作者的研究还提示为什么抗病毒的RNAi在先前的研究中是如此难以被发现；那些研究可能是在较年长的哺乳动物中进行的，它们已经有了能够快速发动干扰素反应的发达的免疫系统。由SelenaM.Sagan和PeterSarnow撰写的一则《观点栏目》对哺乳动物抗病毒RNAi发现的重要性提供了进一步的见解。（DOI:10.1126/science.1241930）

含水世界的残余物？

EvidenceforWaterintheRockyDebrisofaDisruptedExtrasolarMinorPlanet

在遥远的未来的某一天，我们的太阳会塌缩并可能会演化成为一个精疲力竭的且燃烧殆尽的被称作白矮星的星球。如果这种情况发生，那么这颗白矮星的巨大引力将开始剥离太阳系内部行星的所有成分，并将它们的质量吸积到其自己身上。这就是白矮星如何生长的方式。JayFarihi及其同事说，在我们太阳系外的一颗叫做GD61的白矮星就是用这种方式毁掉了一颗岩石性的、富含水的行星体的；据研究人员披露，在它缩减成为一个尘状的星周盘之前，这颗系外行星或小行星的质量中有大约26%是由水组成的。他们的发现第一次描绘了一颗白矮星被显示会积聚水及岩石性物质——这两者皆为可居住行星的组分。Farihi及其同事用哈勃太空望远镜上安装的宇宙起源摄谱仪对从GD61发射出的光进行分析并限定了该星球周围的形成岩石的元素（氧、镁、铝、硅、钙和铁）的量。他们发现了丰富的氧--其中26-28%无法用矿物质的形成进行解释--且他们提示，它可能源自水。研究人员说，这种特别的水含量堪比太阳系主带中某些小行星内所含的水量。他们的研究意味着水可以挺过一颗太阳样恒星变成一颗致密白矮星的巨大的热演变——可能位于一颗行星表面之下——且GD61可能在某一时刻具有像地球样的行星围绕其做轨道运行。（DOI: 10.1126/science.1239447）
 

早期的原始人头颅提示某单一物种

ACompleteSkullfromDmanisi,Georgia,andtheEvolutionaryBIOLOGyofEarlyHomo

对格鲁吉亚德马尼西（Dmanisi）的一具完整的大约有18万年历史的原始人头骨的分析提示，人属动物的最早成员——例如那些分类为“能人”(HomohABIlis)、“鲁道夫人”（Homorudolfensis）及直立人（Homoerectus）等——实际上属于同一物种。据研究人员披露，这些早期的人类祖先可能只是在外观上看起来不同。DavidLordkipanidze及其同事对这枚颅骨进行了研究，它是与另外4具早期人类祖先的遗骸一同被发现的，它们全部与相同的位置及地理时间阶段有关。但是，与其它的人科化石记录不同，这一被称作5号颅骨的颅骨，是一个小型脑壳与长脸和大颗牙齿的组合——这些特征在此之前还没有在早期人类的化石中被同时观察到。鉴于它们不同的身体特征，德马尼西（Dmanisi）的发现可与不同的人科化石进行比较，其中包括那些在非洲发现的距今约240万年前的化石及在亚洲和欧洲发现的其它距今180万年至120万年前的化石。研究人员在传统上利用这些人科化石中的差异来定义不同的物种，但Lordkipanidze和他的团队说，德马尼西（Dmanisi）各个化石间的差异并没有比在5种现代人或5种黑猩猩中所观察到的差异更大。鉴于这些发现，研究人员提出，起源于非洲的早期、多种多样的人科化石实际上代表了某个单一的、演化中的世系成员间的变异——而最符合这一情况的世系应该就是直立人。（DOI: 10.1126/science.1238484）