《PNAS》八大热点文章

　　对于大多数哺乳动物来说，线粒体和线粒体DNA都是只通过母系遗传。尽管其他生物偶尔会经历父系遗传，但之前关于人类父系遗传线粒体的报道大多是因为污染或样本混淆。

　　然而，美国辛辛那提儿童医院的黄涛生博士和梅奥诊所的Paldeep Atwal博士称他们在三个家庭中发现了mtDNA双亲遗传。研究人员还在独立实验室中通过不同方法证实了他们的成果。

　　“这篇论文深刻地改变了人们对线粒体遗传的普遍看法，有望在线粒体医学领域开辟一个新天地，”研究人员在文中写道。

　　Climate-driven declines in arthropod abundance restructure a rainforest food web

　　最新研究发现，在波多黎各原始的国家森林中，大量的虫子已经消失，森林的食虫动物也不见了，这种惊人的现象同样延伸到了整个美洲。研究人员表示，热带无脊椎动物的消失归咎于气候变化。

　　研究人员测量了森林中的昆虫和其他无脊椎动物，包括蜘蛛和蜈蚣。用粘稠的胶水涂在小板上捕获小昆虫，收集了在植被中爬行的各种小动物。结果显示，1977年1月至2013年1月期间，粘性地面陷阱捕获率下降60倍。各种捕获技术都显示从1976年以来生物量（所有捕获的无脊椎动物的干重）显著减少。

　　研究人员在雨林中捕获了以无脊椎动物为食的变色龙，与20世纪70年代比较发现，变色龙生物量下降超过30％，一些变色龙物种甚至完全从内陆森林中消失。以昆虫为食的青蛙和鸟类也急剧下降约50％。而同期分析数据发现，以水果和种子为食的红色鹌鹑鸽，没有发生数量变化，以虫子为食的一种名叫波多黎各的鲜绿色小鸟则减少了90％。其它食虫鸟类、青蛙和蜥蜴也表现出相同的趋势，预示着食虫动物的食物网似乎已从底部消失。

　　研究人员认为气候变化是无脊椎动物消失的主要原因。过去40年期间，雨林的平均气温升高2.2摄氏度，生活在那里的无脊椎动物适应能力很差，无法调节内部热量，导致热带昆虫种群减少。在离赤道更远的温带地区，昆虫可以在更广泛的温度范围内存活，农业害虫会随着新陈代谢的增加吞噬更多的食物。但是，越过一定的温度阈值后，昆虫将不再产卵，并且它们的内部化学组分会崩溃。此外，干旱和缺少降雨也严重影响无脊椎动物的生存。

　　Nuclear receptor HNF4A transrepresses CLOCK:BMAL1 and modulates tissue-specific circadian networks

　　南加州大学的科学家发现了肝细胞内一种未知的“计时机器”能够帮助重要器官维持功能，当它的自然节律被打乱后，疾病就出现了。

　　这种新“计时机器”的名字叫核受体蛋白HNF4A。

　　昼夜节律由细胞内时钟元件引导，生物体才能适应昼夜循环。当周期发生改变，可能导致人类某些健康问题。科学家们正在研究细胞行为，以了解生物钟的中断如何引发疾病，目的是促进有针对性的医学治疗。

　　“流行病学研究揭示，现代人的生活方式和我们内部生物钟之间产生冲突，就会导致肥胖、乳腺癌等疾病，”南加州大学汇聚生物科学主任、神经病学教授Steve Kay说。“本研究超越了流行病学研究，直指昼夜节律破坏导致某些疾病危险性增加的背后机制。”

　　The biomass distribution on Earth

　　来自以色列魏兹曼科学研究所的生物学家Ron Milo耗时三年梳理了关于地球生物量的现有科学文献，并做出了有关所有生命群体质量最新的和全面的统计概况。

　　避免考虑不同种类的动物、植物和其他生命形式体内所含的水的质量，Milo利用碳（C）含量对全球生物进行了归类，结果显示地球总生物量相当于约550亿吨碳（Gt C），其中约450亿吨碳（80％的生物总量）是由植物组成，这远远超过地球上其他任何物种的质量。排在第二位的是细菌类，约占70亿吨（15％）。

　　除此之外，地球上的真菌大约为12 Gt C，其次是古生菌（7 Gt c）和原生生物（4 Gt c），而囊括我们人类的动物只占了2 Gt C，其中人类的生物量仅为 0.06 Gt C，是十分小的一部分。然而由于人类的存在，不仅导致生物总量分布发生变化，还不可逆转地导致动物生物量分布产生巨大改变。

　　Arginine-rich cell-penetrating peptides induce membrane multilamellarity and subsequently enter via formation of a fusion pore

　　捷克科学院有机化学与生物化学研究所（IOCB Prague）的研究人员发现了一种以前未知的新机制：短肽能够穿透细胞，这一机制从原理上说将为药物分子传递带来全新的视角。

　　简单地将药物直接输送到细胞中是制药工业的主要目标之一。但是在很大程度上，我们仍然没有能将物质输入和输出细胞的分子工具。

　　此前曾经在HIV研究中首次观察到带正电荷的短肽可以穿透细胞，但是到目前为止，这主要采取所谓的囊泡运输的形式，即通过运输囊泡与细胞膜分离并包裹运输的物质，一旦运输到细胞中，必须从囊泡中脱离，这会造成药物有效运输的技术复杂性。

　　Klotho controls the brain–immune system interface in the choroid plexus

　　来自Gladstone研究所的科学家决定研究为什么脉络丛比其他脑区含有更多klotho。他们在《PNAS》发表的最新研究表明，klotho是把关大脑免受周围免疫系统打扰的守门员。

　　“我们发现，在小鼠模型中，脉络丛内klotho水平随年龄增长自然降低，”Gladstone研究所神经疾病部主任Mucke高级研究员说。“随后，我们通过实验降低该结构中的klotho水平模拟衰老过程，结果发现klotho耗尽就会增加脑炎症。”

　　Mucke团队进一步研究了这种现象对其他脑区的影响，他们发现，脉络丛内klotho较少的小鼠当身体其他部位受到模拟感染免疫挑战时，重要记忆中心的先天免疫细胞反应更积极。

　　Profiling proliferative cells and their progeny in damaged murine hearts

　　在心肌梗塞（日常这称为心脏病发作）期间，部分心肌的血液供应被切断了，结果造成了部分心肌死亡。因为心脏是维持血液循环的中心泵，它供血不足会出现危及生命的情况。

　　因此心血管疾病的流行是一个全球性的现象，目前这种疾病患病率不断增长，尚无有效的治疗方法解决心肌细胞损失这一关键问题，一些科学家们希望干细胞移植可以成为新的治疗方法。

　　但是二十年来，研究人员和临床医生一直在寻找心脏干细胞，这些干细胞应该存在于心肌中，可以在心肌梗塞后修复心肌。多个研究小组声称对心脏干细胞进行了鉴定，但这些说法都没有得到证实。此前的新闻譬如 "US governments halts heart stem-cell study"之类的都说明了心脏干细胞的存在及其对成人心脏的意义仍然存在争议。

　　为了解决这场争论，荷兰乌德勒支大学Hubrecht研究所，阿姆斯特丹大学医学中心，伦敦高等师范学院（ENS）等处的研究人员专注于分析小鼠心脏中是否具有干细胞最广泛和最直接的的细胞功能——细胞通过细胞分裂替代丢失组织的能力。在心脏中，这意味着在心脏病发作后任何能够产生新的心肌细胞的细胞都被称为心脏干细胞。

　　Hans Clevers领导的研究小组使用先进的分子和遗传技术，在心肌梗死之前和之后生成了所有分裂心脏细胞的细胞图谱。

　　Temperature-dependent vitamin D signaling regulates developmental trajectory associated with diapause in an annual killifish

　　来自美国波特兰州立大学的一项新研究发现，维生素D对于某种鱼类的胚胎发育至关重要，如果缺失维生素D，这种鱼就会暂停胚胎发育。这项研究还提供了证据，表明维生素对脊椎动物的早期发育至关重要。

　　林奈氏澳鳉（Austrofundulus limnaeus）一生都生活在由雨水落下而形成的季节性池塘中，这些池塘会在旱季蒸发干。因此，为了在这些不确定的环境条件下生存，澳鳉进化出了沿着两条不同的轨迹发展，对环境线索做出反应的不同胚胎。其中一种情况下，胚胎能成长成熟。而另外一种情况下，胚胎进入休眠状态，在此期间所有发育停止，胚胎在没有氧气或水的干燥泥浆中存活数月。

　　波特兰州立大学的研究人员想知道是什么调节了澳鳉胚胎的休眠，以及将环境整合到其发育计划中的机制。为了回答这个问题，研究小组在不同温度下孵育胚胎，来模拟不同的环境条件，诱导两种发育轨迹。然后，他们在不同的发育阶段分析了鱼类的RNA，发现了一种基因，这种基因的表达触发了不同轨迹的发育。

　　这一发现出人意料的——分析结果表明，当维生素D合成和信号传导活跃时，会促进了有利于休眠的环境条件下澳鳉的正常发育。相反，在有利于正常发育的条件下，抑制这一途径会导致休眠。

　　AMP-activated protein kinase activation and NADPH oxidase inhibition by inorganic nitrate and nitrite prevent liver steatosis

　　饮食中，多吃绿叶蔬菜可以降低患脂肪肝变性或脂肪肝的风险。瑞典Karolinska学院的研究人员在PNAS发表的一项研究指出，大量摄取存在于多种蔬菜中的无机硝酸盐可以减少肝脏中的脂肪积累，目前，没有真正可以治疗脂肪肝的药物得到获批，这种疾病很容易发展成威胁生命的肝硬化和肝癌。

　　肝脏脂肪变性，又称脂肪肝，是一种常见的肝脏疾病，大约影响25%的人口。最重要的原因是超重或饮酒过量，目前没有针对这种疾病的药物治疗方法。Karolinska研究所证明，摄入（来自天然蔬菜的）更多无机硝酸盐可以防止肝脏积累过多脂肪。