封面圖片：Julene Harrison
封面故事: 地球的第二次機會
Electrocatalyst approaches and challenges for automotive fuel cells
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11115
地球正在獲得第二次機會。在1992年的「裡約地球峰會」上，全球領導人誓言要保護地球的氣候和生物多樣性。然而，自那時以來，地球的狀況進一步惡化了。二十年後，在第二次「裡約地球峰會」即將召開之際，我們在本期Nature上介紹到底出了什麼問題，以及還有可能怎樣來改正。本期Nature上還有一系列綜述文章和研究論文，探討生物多樣性的損失目前正在對生態系統產生怎樣的影響、以及發達國家的消費模式在多達程度上要對此負責。
銀河系中一個「年輕」的暈
The age of the Milky Way inner halo
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11062
對近期在離我們最近的球狀星團Messier 4中發現的近2000顆白矮星所做的一項分析，反映了它們作為一個星族(stellar population)年齡的指標會多麼有用。白矮星（「氫星」的殘留體）是遵循一個可預測的演化路徑的簡單結構，所以它們的年齡可以被準確估計。在這篇論文中，Jason Kaliari報告了對在銀河系暈中新形成的白矮星的觀測結果。「局域暈星」（local field halo stars）的年齡約為114億年，比銀河系的球狀星團族（其中最早的是在距今大約135億年前形成的）要年輕得多。
早期地球的特徵
Early differentiation and volatile accretion recorded in deep-mantle neon and xenon
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11141
對冰島玄武巖（地幔中熱巖的深層上湧的熔化所產生的物質）中稀有氣體含量所做的這項分析表明，它們來源處的脫氣程度要小於「大洋中脊」玄武巖的脫氣程度，同時地幔至少是從兩個單獨的來源吸積揮發性物質的。本文作者的結論是，形成月球的撞擊和地幔幾十億年的對流都沒有將地球的異質吸積和早期分化的特徵抹去。
國際貿易的生物多樣性成本
International trade drives biodiversity threats in developing nations
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11145
這項研究建立了一個全球模型，它將「國際自然保護聯盟紅色名單」上所發布的瀕危物種記錄與通過如農作物和木材等商品的生產造成這些危險的全球各個行業聯繫了起來。按照這一模型，全球物種威脅的近三分之一是由於國際貿易。該模型所生成的「生物多樣性足跡」，顯示了發達國家的消費者是怎樣驅動發展中國家的物種所受威脅的。美國、歐盟和日本是與生物多樣性有關的商品的主要最終目的地，而咖啡、橡膠、可可、棕櫚油、漁業和林業是最具破壞性的行業。
發育中的新皮層中的姐妹神經元
Preferential electrical coupling regulates neocortical lineage-dependent microcircuit assembly
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature10958
人們曾提出，在發育過程中，在克隆上相關的神經元會沿同一輻射狀神經膠質纖維遷移，形成由在功能上相似的細胞所構成的團簇。然而，這種現象一直沒有在實驗中發現。現在，兩個小組演示了決定隨後的功能關係的發育中的大腦皮層中的姐妹神經元之間的電耦合。Song-Hai Shi及其同事報告，在來自出生後小鼠的新皮層組織中，姐妹神經元之間的長距離連接是通過在它們之間的化學突觸形成之前發生的電耦合來維持的。發育過程中間隙連接的任何阻斷，都會中斷姐妹細胞最終的突觸連接，阻止它們的同步放電。Yang Dan及其同事發現，在小鼠視覺皮層中，同一輻射克隆中的姐妹神經元有相似的取向偏好。在出生後很短時間內中斷間隙連接耦合，會降低姐妹神經元之間的功能相似性，說明來自在個體發育方面相關的神經元的功能性組織的形成需要這種形式的神經通信。
鈉通道的高解析度結構
Crystal structure of an orthologue of the NaChBac voltage-gated sodium channel
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11054
鉀通道有很多已發表的結構，但關於「電壓門控的鈉」 (Nav)通道的結構信息卻要少得多，儘管它們在神經細胞、肌肉細胞和心臟中的動作電位的啟動和傳播中有重要作用。細菌Nav通道為結構-功能分析提供了一個很好的模型系統，本期Nature上有兩個小組報告了明顯處於「非激活」構形的細菌Nav通道的X-射線晶體結構。Nieng Yan及其同事以3.05埃的解析度確定了來自名為「alpha proteobacterium HIMB114」的海洋細菌的NavRh的結構。William Catterall及其同事以3.2埃的解析度報告了來自Arcobacter butzleri、處於兩個潛在「非激活」狀態的NavAb通道的晶體結構。將這些新獲得的結構與以前所發表的、關於處在一種「pre-open」狀態的NavAb的數據所做的對比，顯示了可能決定這些通道的機電耦合機制的構形重排。這項工作對於各種「通道病」（channelopathies）、而且從更廣泛意義上來說對於神經活性藥物的設計都是具有相關性的。
預測全球變化的生物學影響
Approaching a state shift in Earth’s biosphere
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11018
對生物圈將會怎樣響應於人類活動而變化的大部分預測都植根於預測軌跡。這樣的模型傾向於不去預測臨界變化或臨界點，雖說最近的研究工作表明這些情況發生的概率很高。而且，在地方尺度上，當過了臨界閾限時，生態系統已知會在不同狀態之間突然變化。這些作者們對生態學和古生物學各個方面證明這樣一種轉變在整個生物圈的尺度上正在逼近的證據進行了評估，他們接著提出了關於生物學預測工作可以怎樣來改進、以使我們能夠在全球以及地方尺度上檢測臨界變化之早期警示信號的建議。
新大腦皮層發育的控制
Cis-regulatory control of corticospinal system development and evolution
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11094
新大腦皮層的出現和擴大，對於哺乳動物高等大腦功能的發展變化一直非常關鍵。新大腦皮層的各層在投射模式上是不同的：上層連接其他皮層神經元，深層長距離投射到大腦其他區域和脊髓，但決定解剖學上這些差別的基因程序卻不清楚。在這項研究中，Shim等人識別出一個保守的、皮層特異性增強子，它驅動「皮質脊髓束」中深層的、長距離的投射神經元的生成所需的、由Fezf2-啟動的分化程序。SOX 轉錄因子通過被發現隨四足動物出現的一些位點影響這一增強子，調製對皮質脊髓輸出系統（哺乳動物的一個演化特徵）負責的調控網絡。
可以避開「反目標」的抗癌藥物
Chemical genetic discovery of targets and anti-targets for cancer polypharmacology
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11127
很多定向的抗癌藥物都是激酶抑制劑，它們經常抑制一系列激酶。在這項研究中，Kevan Shokat及其同事利用「2-型多發性內分泌瘤病(MEN2)」（該病是由激酶Ret驅動的）的一個果蠅模型來研究「反目標」(anti-targets)的概念，以篩選以Ret和在MEN2腫瘤生長中所涉及的幾種其他激酶為目標的「多激酶」抑制劑。一種「多激酶」抑制劑與一個「反目標」的相互作用，可能會導致不希望看到的毒性，或觸發會抵消藥物的有益作用的反饋機制。一種經過優化的藥物將以一系列理想的、與腫瘤相關的激酶為目標，同時避開「反目標」。這樣的化合物被發現能夠提高患有MEN2模型腫瘤以及帶有人MEN2細胞「異種移植物生長」(xenograft growth)的果蠅的存活率。
氟化物核糖開關的結構
Fluoride ion encapsulation by Mg2+ ions and phosphates in a fluoride riboswitch
Nature 486 (7401) | doi:10.1038/nature11152
核糖開關（Riboswitches）是信使RNA分子的未翻譯的、結構化的區域，它們接受並結合一個配體以影響其表達。研究人員最近識別出一個與氟化物相結合的核糖開關，該發現是出乎意料的，因為氟化物和RNA都是帶負電的。現在，Dinshaw Patel及其同事確定了來自Thermotoga petrophila的氟化物核糖開關的結構，並且發現了這一不大可能的貢獻是怎樣發生的。氟化物配體被配位到三個帶正電的鎂離子上，而這些鎂離子又被封裝在由磷酸鹽骨幹和水分子構成的一個帶負電的殼當中。「結合袋」（binding pocket）的大小排除了更大的滷化物離子的結合。
（生物谷 bioon.com dulei 根據natureasia編輯整理）
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