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1、3月科技信息OriginalURL:未来的食物供给互联网专集到2050年的时候，我们的地球上预计会有90亿的居民，为这些人提供食物将是一个空前的挑战。在2010年2月12日刊的科学杂志上，有一个专版的文章对实现保障全球食物这一目的障碍以及科学和技术可提供的某些可能的解决方法进行了探讨。有新闻性的文章介绍了发现增加收成方法的种植业者和研究人员，特别是那些在发展中国家的种植业者和研究人员。一些Reviews、Perspectives以及一则互联网音频采访为人们就有关食品无保障的因果关系提出了一个较为宽泛的来龙去脉，并指出了终结饥饿的途径。在互联网上还有一个特别版的播客，其中包括有关如何测定食品没有
2、保障、重新思考21世纪的农业以及通过进食较少的肉而解放出更多的农田和食品作物等的采访;而ScienceCareers则对与食品安全有关的跨学科职业进行了观察，并对一名在乌干达计划未来花生栽植的植物遗传学家进行了简介。通过乙酰化所作的代谢调控与蛋白质的磷酸化一样，蛋白质翻译后在赖氨酸残基上添加乙酰基团已经显现出是一种细胞调控的关键机制，特别是其通过对组蛋白与核转录调节因子所做的修饰。如今，2010年2月19日刊科学杂志上有2篇Reports提示，乙酰化可能也会帮助控制代谢酶的功能;参看由A.Norvell和S.B.McMahon撰写的相关Perspective;。Zhao等人发现，在人的肝脏细胞
3、中，在不同代谢通路(如糖酵解、尿素循环以及脂肪酸代谢等代谢通路)的各种酶中有很大的比例是乙酰化的酶。该研究团队进一步显示，乙酰化会以不同的机制来调节不同的酶，如直接激活某些乙酰化、抑制某种乙酰化及控制另一乙酰化的稳定性等。在第二则研究中，Wang等人报告，在Salmonellaenterica(肠道沙门氏菌)中，大约有90%的参与中心代谢的蛋白质是乙酰化的蛋白质。另外，这些酶的乙酰化会对不同的碳源及随着细胞生长的变化而做出不同的乙酰化反应，因此这些反应可随着细胞的能量状态而调整代谢的变化。综上所述，这些研究证明，可逆性乙酰化代表的是一种从细菌到哺乳动物中都得到保存的代谢调节机制。有益处的蟾蜍特
4、性蟾蜍有些特别，它们在世界各地蹦跶，在每个大陆上一个接着一个地拓殖。在2010年2月5日刊的科学杂志的一篇Report中，VanBocxlaer等人对228种蟾蜍做了分析，并重构了与蟾蜍地理分布范围相关的不同特性的进化史。该研究团队提出了一个列有7项使这些两栖类能够在全球扩展的特性的单子。其中一个特性是蟾蜍能够离开水生活，而不是依赖于潮湿的地方才能够存活。那些具毒性腺体以威慑掠食动物的品种、那些有可储存脂肪来作为能源的内脏、成年蟾蜍的大的体型以及蟾蜍的大的孵育数目等特性也被发现是特别普遍的。文章的作者提出，这些特性在大多数的先祖蟾蜍身上就已有积累，从而建立了一种能够使它们在全球发散的扩展活动范
5、围的表型。在一篇附随的News故事中，E.Pennisi写道，了解在过去有什么类型的蟾蜍会扩展其分布范围可帮助我们知道有那些蟾蜍的品种会存活下来，且如果在其被转移到一个新的环境内后是否有可能成为入侵型的物种。SanAndreas的滑动历史已往的大地震数据可以告诉我们有关某一特别的断层的活动方式，并能够指导人们对未来大规模且可能是破坏性的地震的再次发生的预期。2010年2月26日刊科学杂志(网络版已在1月21日发表)上有2篇Reports为高分辨率激光成像及改进的放射性碳年代测定的技术会如何为人们提供对地震活动方式的新的见解提供了示例。Zielke等人分析了来自南加州SanAndreasFaul
6、t的一段被称作Carrizo节段的高分辨率地形学数据，这些数据显示，严重的地表裂开(如1857年的FortTejon地震是由于仅仅约5米的滑动所造成的)比人们过去所认为的滑动要小得多。Grant-Ludwig等人分析了Carrizo地区的地貌特征。这些特征表明，在最近几个世纪中发生过几次较小的地震，而不是发生不甚频繁但却较大的地震。在一则附随的Perspective中，K.Scharer解释了新的数据的解读是如何挑战数十年来一直应用于SanAndreasFault的断层活动模型的。从大体型鱼到大体型鲸鱼体型最大的活着的海洋脊椎动物须鲸类及数种世系的鲨鱼和鳐鱼-它们是靠进食滤过海水时所得到的非常
7、小的生物(如浮游生物和小鱼)为生的。2010年2月19日刊科学杂志的2篇Reports对这些巨大体型的滤食动物(也叫作浮游生物摄食动物)的进化提出了新的见解。Friedman等人报告了在现代须鲸类和其它当代滤食动物在海洋中生活之前的几个新的大体型滤食性鱼类的例子。研究人员曾经认为，这些史前的多骨鱼仅仅存在于一个短的时期之内，但对这些新的化石的分析(这些化石一直存放在博物馆中，它们或是未受到检查或是被错误识别)表明，这些生物在中生代(2亿4500万年-65万年之前)中实际上持续生活了1亿年以上。在第二则研究中，Marx和Uhen对现代鲸鱼、海豚和鼠海豚在新生代(大约3000万至4000万年前)中
8、的进化是受到生物学和环境因子控制的学说进行了检验。他们的分析显示，这些海洋动物的多元化确实与硅藻属(一种常见的浮游植物)的多元化以及海洋温度的变化(由氧稳定同位素所表示)相平行。在一篇附随的Perspective中，L.Cavin对这2项研究是如何改变了我们的对大型海洋滤食动物的自然历史观进行了讨论，并对它们的进化驱动因子提出了新的疑问。热点控制遗传重组(它涉及DNA股的断开和重接以产生新的基因组合)是真核细胞生物中的一种基本的生物学过程。在哺乳动物减数分裂的时候，在这一专门化的细胞分裂过程中，来自母系和父系的染色体被一分为二并产生出精子细胞和卵子细胞，而重组过程则将同源染色体的不同部分连接在
9、了一起，从而导致了后代中的基因变化。在2010年2月12日刊的科学杂志中，有3个研究小组报告了(于2009年12月31日在网上先行发表)发现了控制发生在被称作热点的优先染色体位置的基因重组程度的哺乳动物基因(含有9或Prdm9的PR结构域)。Parvanov等人发现，在小鼠中，*Prdm9*(它编码的是一种功能为组蛋白甲基转移酶的锌指蛋白)会在雄性和雌性动物的早期减数分裂时表达，而其表达的不足会导致雌雄两性的不育。研究人员还对小鼠和人类的该基因进行了测序并对其序列变异进行了分析。Baudat等人将小鼠和人体中不同的*Prdm9*变异株和PRDM9蛋白变异株与预计的不同DNA序列特异性和基因组中
10、不同模式的热点使用进行了相关研究。最后，Myers等人对人类和黑猩猩基因组中的重组热点位置进行了比较并发现了一个过去与40%的人类热点(而PRDM9蛋白质就是与其结合的)有关的序列基元;而该重组过程导致了一种自我破坏的驱动力，使得该吸收热点的序列基元从我们的基因组中被清除了出去。在一篇附随的Perspective中，Cheung等人写道，这些发现开启了人们了解成功配子形成的平衡与维护基因多元性的大门。对冰河期的见识大约每10万年，有数公里厚的冰原会从北美、欧洲和亚洲的最北端形成，并一直延伸至中分纬度地区。该冰原会与大量的海水结合，从而使海平面下降100多米。接着，在大约9万年后，冰川会退缩，海
11、平面上升，陆地会重新出现，直到下一个冰河期开始。如今，在2010年2月12日刊科学杂志的一项研究报告说，在大约8万1000年前(该时间完全位于最后的冰河期之内)，发生了非常不寻常的事件:海平面上升。Dorale等人对方解石矿石层进行了年代测定，这些方解石的沉积就像是在西地中海Mallorca洞穴水池中的钟乳石上的浴缸扣环一样。由于这些水池与海是通过地下通道相连的，这些分层可记录下在它们形成的时候的海平面高度。该研究团队用这种方法推断，在81,000年前，当时的海平面比其现在的高度还要高1米，意味着当时地球上的冰较少，而其温度则与如今一样高或更高。这些新数据挑战了某些流行的有关冰河理论的假设以及
12、时间为10万年的冰河周期。但是，正如R.LawrenceEdwards在一篇附随的Perspective中所写的:这再次证明了大型冰原可快速地到来和消失。量子分形分形(这是在所有尺度层面上都具有类似基本图案的几何单位)在自然界大量存在:星系、云朵、山脉、树木及绿色花菜等都是人们熟悉的例子。在2010年2月5日刊发表的科学杂志中，研究人员报告了分形也发生在量子范畴中的例证。量子颗粒(如围绕原子核的电子)具有一种波的性质，该波会产生非常类似水面波、光波或声波中所发现的干扰现象。Richardella等人用扫描隧道显微术来研究铁磁性半导体砷化镓中的电子态时发现，当该材料接近金属-绝缘体相变(即在其从
13、一种电子导体转变成为一种绝缘体的时候)的时候，与个体电子有关的波会开始产生相互干扰，并具有分形的性质。这些发现披露了一种在这种磁性半导体中电子-电子的相互作用所扮演的重要角色。在过去的10年中，它已经成为自旋电子学应用中的一种有前途的材料。在一篇Perspective中，G.A.Fiete与A.deLozanne重点介绍了该项研究。艺术与科学的汇合互联网专版艺术与科学的汇合能够以引人入胜的方式成功地传达复杂的现象;在过去的7年中，科学杂志和U.S.NationalScienceFoundation共同主办了每年一度的邀请赛以鼓励这些学科的融合。2010年2月19日刊科学杂志的一个专版介绍了20
14、09年InternationalScience&EngineeringVisualizationChallenge的优胜者和荣誉奖获得者。该邀请赛的参赛项目来自14个国家，美国的23个州以及哥伦比亚特区。在图解、多媒体、信息图表和摄影等类别的优胜者捕捉到了肺细胞所施加的力量、某一数学谜团的解答、细胞的忙碌生活、同卵双生的实验胚胎学、人们在美国境内是如何旅行的、人脑发育的奇迹以及正在自我装配的多聚物。一则网上的幻灯展则介绍了这些获奖人，对今年的2位优胜者的一则播客采访讨论了他们是如何聪明地使用了7万5000个缆索拉锁捆绑条的。重组传染性PrionsPrion疾病是一组致命的神经退行性病变，它们包
15、括:人类的Creutzfeldt-Jakob病和母牛中的牛海绵状脑病。Prion假说提出，这些疾病的感染性媒介是一种正常prion蛋白(PrP)的错误折叠形式。PrP是一种富集于中枢神经系统的细胞表面蛋白。但是有关其的确定性的证明一直阙如。如今，在2010年2月26日刊科学杂志中的一则研究(1月28日在互联网上发表)给prion假说提供了新的支持。Wang等人报告说，将从大肠杆菌中提纯出来的重组PrP与肝脏的RNA及合成的磷脂在试管中进行混合后可产生真正的传染性prions。除了展现出典型的特征(包括对蛋白酶-K的抵抗力及在培养细胞中的传染性)之外，当这些重组的prions被注射到野生型小鼠体
16、内后会引起疾病的快速发展，出现prion病的行为学和神经病理学症状。在一则附随的Perspective中，S.Supattapone写道，这项研究证明了在试管中产生重组传染性蛋白的非蛋白性辅助因子的重要性。-本月的ScienceSignaling另类通路胰岛素样生长因子-1受体(IGF-IR)是一种在质膜中发现的受体酪氨酸激酶，它会介导IGF-1(这是一种参与促进细胞生长和增殖的蛋白质激素)的作用。异常的IGF-1R信号传导与多种癌症有关。在2010年2月9日刊的ScienceSignaling的一篇ResearchArticle中，Sehat等人显示，IGF-1可刺激一种叫作SUMOylation的IGF-1R的修饰，这种修饰可使该受体能够被转运到细胞核，并在那里与特别的DNA序列结合以增进标靶基因的表达。IGF-1R的这些核效应不同于其在质膜上的信号传导，它可能与IGF-1在癌症中的作用有关。本月的ScienceSigna
