2004年4月2日 美国《科学》周刊304卷 第5667期 提要
《科学时报》根据美国《科学》周刊的新闻发布翻译编辑。 如有误,请以《科学》周刊上刊登的原文为准。
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最古老的肱骨
有关瘦素的新发现
移植免疫系统
蜥蜴怎样长出了角?
干细胞不衰老的源泉
预测混沌
最古老的肱骨
科学家发现了可能是迄今为止最古老的上膊骨,该发现提供了更多的证据表明肢体的进化最初是为了用于水中,而不是陆地上。Neil Shubin和共同作者说,这个在美国宾夕法尼亚发现的大约3.7亿年前的化石显示:许多与陆地生活相关的生命特征是从鱼类进化而来的。发现的上膊骨(或称“肱骨”)化石表明肢体是从鱼翅进化来支撑身体的,也可能是用于使头抬起来。早在脊椎动物到陆地上生活以前,最早的肢体动物开始在浅的、缓慢流动中的河水中爬行。与来自其它的早期脊椎动物的肱骨相比,新发现化石的特有形状表明,最早前后肢有一定的多样性,这也可能有助于解释保存在河床中神秘的早期足迹。在本期的一篇研究评述中,Jennifer Clack进一步描述了从鱼翅到手指、从游泳到行走的进化跃迁。
报告:The Early Evolution of the Tetrapod Humerus, Neil H. Shubin, Edward B. Daeschler, and Michael I. Coates
研究评述:From Fins to Fingers, Jennifer A. Clack
有关瘦素的新发现
两个独立的科学家小组报告了有关瘦素(leptin)的令人惊异的发现,瘦素是来自于脂肪的激素,有助于调节体重。这些结果可能会迫使科学家修正目前有关瘦素在何时、何处发挥影响的观点。两个小组对实验室小鼠进行了研究,他们发现瘦素改变了大脑中一个名为“弓状核”视丘下部(ARH)的关键区域中的神经联结。Sebastien G. Bouret和同事报告说,瘦素发生影响的时间比以前认为的要早得多。出生后不久,瘦素就开始调节ARH中神经通道的形成。这些通道也是瘦素在后来的生命中调节食物吸收和能量平衡的目标通道。在第二项研究中,Shirly Pinto和同事报告说,瘦素部分是通过重接大脑中的神经联结来调节食欲的。他们发现突变的肥胖型小鼠的瘦素较少,它们与正常鼠的不同在于ARH中神经联结的数量和类型。一个剂量的瘦素就能使突变小鼠中的神经加速地重新连接,形成类似于正常小鼠的模式。本期的一篇研究评述讨论了瘦素对大脑构造的影响,包括在建立一个体重的“设定点”。
报告:Trophic Action of Leptin on Hypothalamic Neurons That Regulate Feeding, Sebastien G. Bouret, Shin J. Draper, and Richard B. Simerly
报告:Rapid Rewiring of Arcuate Nucleus Feeding Circuits by Leptin, Shirly Pinto, et al.
研究评述:The Fat-Brain Axis Enters a New Dimension, Joel K. Elmquist and Jeffrey S. Flier
移植免疫系统
通过将人类免疫系统在小鼠体内生长,科学家发明了一种研究艾滋病病毒(HIV)和其它免疫系统病原体的工具。Elisabetta Traggiai和同事将取自人类脐带血的干细胞植入新出生的缺乏自身免疫防御的小鼠体内。他们指出,这些小鼠可以让研究人员进行人类免疫系统发育和功能方面新问题的研究,同时避开在人类患者身上实验。与过去不太成功的尝试相比,这些再造的人类免疫系统产生出了多种免疫系统细胞,包括成熟的T和B淋巴细胞,以及树突细胞。在许多小鼠体内,人类免疫系统细胞相互作用,并与宿主细胞共同作用形成了淋巴器官结构,产生高度的免疫反应。
报告:Development of a Human Adaptive Immune System in Cord Blood Cell-Transplanted Mice, Elisabetta Traggiai, et al.
蜥蜴怎样长出了角?
科学家报告了自然选择如何工作的一个罕见例证:角更长的角蜥更多地避免被捕食。就像英国作家罗德亚德 吉卜林(Rudyard Kipling)的“只是故事”一样,许多有关生命是如何发育出某种特征的假说是基于直觉而不是科学试验。在这个例子中,百劳鸟非同寻常的掠夺方法让研究人员能够探究扁平角蜥的头冠。典型地,百劳鸟会刺穿蜥蜴的颈并拉出其软组织,让蜥蜴的头骨挂在树林或矮树丛中。Yong的小组测量了悬挂头颅上的角和野生角蜥的角的长度。他们发现活角蜥的角的长度一般比被百劳鸟杀死的角蜥的角长。研究人员的结论认为,百劳鸟的捕食行为至少是自然选择更倾向于长角角蜥的一个理由。
简报:How the Horned Lizard Got Its Horns, Kevin V. Young, Edmund D. Brodie, Jr., and Edmund D. Brodie, III
干细胞不衰老的源泉
对神经干细胞为何永远年轻的新了解,也许有助于研究人员生产出这些细胞来治疗帕金森氏症或其它疾病。在成年人中,神经干细胞呆在血管内壁,并在那里生长成各种类型的神经细胞。为了研究血管与干细胞间的关系,Qin Shen和同事在有不同血管细胞的培养液中培育干细胞。当有位于血管内壁的内皮细胞存在时,神经干细胞只生产出更多的干细胞。没有内皮细胞时,它们则分化成各种类型的神经细胞。Shen和同事报告说,干细胞种群保持年轻的关键因素可能是内皮细胞分泌的生长因子。他们提出,培养具有这些特有生长因子的神经细胞,也许用来发展一个对治疗帕金森氏症等神经退化性疾病有用的细胞源。
科学特快报告:Endothelial Cells Stimulate Self-Renewal and Expand Neurogenesis of Neural Stem Cells, Qin Shen, et al.
预测混沌
科学家提出了建立预测混沌的非线性系统的更好模型可能性。非线性系统很常见,从经济到地球的气候都是非线性的。Herbert Jaeger和Harald Haas报告了一个他们称为反射波态网络(Echo State Network,简称ESN)的系统。它涉及到人工神经网络,既能从经历中学习、存储知识、并能使用知识的能够调节的震荡器集合。这个方法也许更容易用,而且比其他模型技术的费用低。在一个测试中,Jaeger发现由ESN得到的预测比用过去的网络模型得到的预测准确上百倍。这个方法也许能在无线通讯中节约能量,也可能改进人造身体部分的性能。
报告:Harnessing Nonlinearity: Predicting Chaotic Systems and Saving Energy in Wireless Communication, Herbert Jaeger and Harald Haas
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