2013年04月18日《自然》杂志精选

　　封面故事：非洲腔棘鱼基因组已被测序

　　The African coelacanth genome provides insights into tetrapod evolution

　　本期封面照片是由Laurent Ballesta在南非的“索德瓦纳湾”拍摄的一条非洲腔棘鱼和一个潜水员。1938年在南非近海捕捞到一条非洲腔棘鱼(Latimeria chalumnae)，当时它引起了国际关注，因为腔棘鱼被认为在7000万年前就灭绝了。现在，它的基因组已被测序。系统发育基因组分析解决了哪种肉鳍鱼是陆地脊椎动物关系最近的现存亲缘种的这个长期未能解决的问题——它是肺鱼，而不是腔棘鱼。腔棘鱼的蛋白编码基因在缓慢演化，这也许可以解释今天的腔棘鱼看起来与其3亿年前的化石祖先何以相似。对基因和调控元素的变化所做研究，显示了包括脑和鳍发育、免疫和氮排泄等在内的因素在脊椎动物对陆地生活适应过程中的重要性。

　　细菌钾运输蛋白得到表征

　　Gating of the TrkH ion channel by its associated RCK protein TrkA

　　The structure of the KtrAB potassium transporter

　　K+ 是很多生理过程所必需的，它必须在所有活细胞中聚集以使其能够存活。在细菌中，K+吸收是由SKT（K+运输因子超级家族）蛋白介导和调控的。本期Nature上两篇论文研究来自不同“子族”(sub-families)的SKT蛋白的结构和功能。Ming Zhou及其同事发表了对由TrkH及其相关的RCK蛋白TrkA形成的复合物的电生理和结构表征研究结果。他们的研究提出了TrkA 中由ATP诱导的构形变化增强TrkH的活性的一个机制。João Morais-Cabral及其同事确定了一个Ktr K+运输因子的X-射线晶体结构。这一KtrAB复合物的结构显示了“二聚膜蛋白”KtrB是怎样与“胞质八聚KtrA调控蛋白”发生相互作用的。

　　前额皮层在强迫性吸毒中所起作用

　　Rescuing cocaine-induced prefrontal cortex hypoactivity prevents compulsive cocaine seeking

　　Antonello Bonci及其同事利用一个关于强迫性使用可卡因的啮齿类动物模型发现，对于那些表现出最想寻找药物的行为的动物来说，它们“前边缘皮层”（大脑中被认为与强迫性寻找药物的行为相联系的一个区域）的较深层中的活动水平会有持续较长时间的降低。利用光遗传方法矫正这种“活动减退”现象可防止出现寻找可卡因的行为。另外，对“前边缘”活动的光遗传抑制足以驱动强迫性寻找药物的行为。这项工作说明，“前边缘”刺激对于强迫性吸毒者来说是一种可能的治疗手段。

　　胚胎“视黄酸”的定位

　　Visualization of an endogenous retinoic acid gradient across embryonic development

　　“形态发生素”是可扩散的信号作用分子，根据细胞的浓度为其安排不同的命运。“视黄酸”是一种非典型的“形态发生素”——一种亲脂性分子，而不是一种多肽。大多数“形态发生素”可以通过将它们融合到荧光标记中来在活体中观测，但非肽“视黄酸”却难以直接成像，而且目前仍不清楚它在胚胎中是怎样在空间上分布的。现在，Atsushi Miyawaki及其同事研制出了基因编码的探针，被称为GEPRAs，它们允许在活体中对“视黄酸”浓度进行定量测定。他们发现，沿斑马鱼胚胎的前后轴线存在“视黄酸”的线性浓度梯度；同时他们也得出结论认为，这些数据支持Francis Crick 在1970年提出的有关“形态发生素”动态的源-汇模型。

　　KMO酶的结构

　　Structural basis of kynurenine 3-monooxygenase inhibition

　　犬尿氨酸通道是哺乳动物色氨酸降解的主要途径，由色氨酸降解产生的一些代谢物在神经退化疾病中起重要作用。对名为“犬尿氨酸 3-单氧酶”(KMO)的酶的抑制，导致各种不同动物模型中与亨廷顿舞蹈症相关的表现型的改善。这篇论文发表了KMO在自由形式和在与一种抑制因子形成复合物的形式下的结构。这项研究将为有可能用于神经退化疾病治疗的抑制因子药物的开发提供基础。

　　复杂系统的“恢复长度”

　　Slower recovery in space before collapse of connected populations

　　复杂系统在临界点附近的行为（这个时候一个小的变化会导致系统状态的很大偏离）以难以预测著称。最近的研究工作已经识别出了一些时间因素，如恢复时间以及在一些临界点之前波动的大小和时间尺度的变化。Lei Dai等人培养出了在空间上通过最近的邻居之间的受控扩散联系在一起的芽殖酵母菌群，来寻找在扰动之后发生的“菌群崩溃”（population collapse）之前所存在的时空模式，而这里所说的扰动是通过引入比其周围环境稀释程度更大的蔗糖溶液产生的。随着与被稀释的斑块的距离的增加，酵母菌群密度会增加到更接近稳定态。相联系的菌群所要求的恢复距离在菌群接近崩溃时要大得多。这项工作引入了“恢复长度”这个概念，将其作为“恢复时间”在空间上的对应概念；而且由于具有不同质量的区域之间的边界在自然界普遍存在，所以海洋中和陆地上的很多系统预计可能也会受到这种空间不稳定性的影响。

　　“超亮电子源”助力有机化学结构研究

　　Mapping molecular motions leading to charge delocalization with ultrabright electrons

　　现在，有可能利用超快衍射方法来直接观察凝聚相过程中的原子运动。但是有机物（其中在发生非常多的重要化学和生物相互作用）却是不同的。弱散射中心、热不稳定性和比较差的导热性能经常会在获得有用数据之前使样品降解。然而，最近的一个技术突破导致了一个能以低重复率工作的“超亮飞秒电子源”的问世，而现在这个电子源被Meng Gao等人用来记录时间延迟的衍射图案，其质量好到足以对与一种有机盐中由光诱导的“电荷离域”相关的分子运动进行分析研究。这些发现显示了“超亮飞秒电子源”在以探索化学和生物学上相关不稳定系统中复杂动态结构过程为目的的研究中所具有的潜力。

　　一个巨大星暴星系被发现

　　A dust-obscured massive maximum-starburst galaxy at a redshift of 6.34

　　宇宙中第一批巨大星暴星系的物理性质，能提供有关早期宇宙结构形成模式的重要线索。但是，由于发生强烈恒星形成的区域往往被包裹在尘埃中，所以在非常高的红移处搜索这种系统一直是一大挑战。现在，一个巨大星暴星系已在红移值z=6.34处被发现，这个位置相当于仅在“大爆炸”之后8.8亿年，当时宇宙只有其当前年龄的1/16。线发射数据显示存在1000亿个太阳质量的气体，至少相当于宇宙重子（可见物质）质量的40%。该星系在发生一次强烈的星暴，以比银河系中快2000倍的速度将气体转化成恒星。这些发现与以下理论是一致的：巨大星系是通过早期宇宙中的极端星暴形成的。

　　最早的陶器厨具是用来做鱼的

　　Earliest evidence for the use of pottery

　　陶器的发展是人类所取得成就中的一个里程碑，为复杂的烹调、存储和很多其他技术铺平了道路。最早已知的陶匠在农业生产活动或定居生活方式形成之前很长时间就生活在东亚。至于他们用其陶器做什么过去一直都是一个猜测的问题，但现在却是一个化学问题。对来自日本绳文时代（距今11,800–15,000年）的101件被烧过的陶罐所做的一项色谱稳定同位素研究，为将陶器用于烹调提供了最早的证据。而当时的菜单上有鱼，因为从陶器碎片中提取出的脂质具有海洋和淡水生物的特点。