2013年09月06日《科学》杂志精选

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封面故事：拟南芥茎横截面
Caffeoyl Shikimate Esterase (CSE) Is an Enzyme in the Lignin Biosynthetic Pathway in Arabidopsis
拟南芥茎横截面的增强型彩色激光扫描共聚焦显微镜图像（断面直径：2毫米，不含突出的表皮毛细胞）。蓝色的细胞壁含有木质素，它提供了坚厚的“墙壁”；皮层细胞中的品红颜色则显示出叶绿素的存在。
一种叫做CSE的酶与木质素合成有关。他们注意到CSE变异的植物显示出其脉管与纤维的染色结果没有那么强——表明木质素含量变少。他们还将正常植物与CSE变异植物的纤维素至葡萄糖转化进行了比较；他们发现，CSE变异株的存在会驱使可发酵糖产量增加4倍。由于像CSE这样的酶在各种各样的植物中都有发现——包括杨树和桉树，它们也被用作生产生物燃料——这一发现对研究用植物材料来生产能源的科学家来说具有广泛的意义。（DOI: 10.1126/science.1241602）
耳缺陷与多动症行为有关
A Causative Link Between Inner Ear Defects and Long-Term Striatal Dysfunction
新的小鼠研究显示，内耳中的一种遗传缺陷可能会造成具有严重听力丧失的儿童的多动症行为。从前对儿童多动症的解释主要着眼于那些很难确认的社会-环境因素。这些发现为多动症可能有神经生物学的基础——而这开启了发现治疗新标靶的可能性——提供了早期的证据。Jean Hébert及其同事在年幼小鼠的内耳中通过敲除一个在耳中表达的被称作Slc12a2的基因而制造了耳蜗缺陷。除了完全失聪之外，这些通过设计的小鼠的前庭系统也受到损害，而前庭系统对平衡是至关重要的。正如在伴随的视频中所见的，这些失聪、站立不稳的小鼠极端多动。Slc12a2表达的丧失导致了大脑的一个叫做纹状体的中央部位中的2种蛋白——pERK 和 pCREB——水平的增加。当pERK 和 pCREB的水平变得异常之高时，纹状体会指示身体做出比其正常情况下更多的运动，从而导致多动症。到目前为止，耳功能障碍与行为之间的关系一直未得到解释，但这项研究提示，一个在内耳中（而不是过去认为的在脑中）表达的基因可引起多动症。这项研究为探索其它的感觉受损是否会促成传统上被认为完全源自脑内的精神或运动性疾病奠定了基础。（DOI: 10.1126/science.1240405）
终于得到绘测——可区分少量与大量的脑部区域
Topographic Representation of Numerosity in the Human Parietal Cortex
当你将某海滩上的沙粒数量与在那里的一个海鸥群的大小作比较时，你正在应用你脑中的一个按地形组织的部分。换言之，那些做出这种沙粒 vs.海鸥的“众多性”评估的神经元是以一个能够让那些最密切相关的神经元在最短的可能距离内进行沟通和互动的形状进行分布的。这种被称作一种地形图的分布是所有主要感觉——视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉——的特征，而科学家们长期以来认为众多性评估——尽管它不是一种主要感觉（但被感知与某种主要感觉类似）——也是以这样一种地形图作为特征的。然而，他们还没能发现或证明它——甚至还没有开始怀疑有一个评估众多性的地形图的存在。（请注意，众多性不同于在本文相关播客中所讨论的符号数字。）如今，应用超高场功能性脑扫描技术，Benjamin Harvey及其同事已经弄清楚了可证明假定的众多性地形图是真实的信号。在8位受试人观看随着时间会改变的点图案时，研究人员用高场fMRI来描述在他们脑子中的过去与众多性评估相关的某区域内的神经元反应的性质。接着——应用一种相对新的数据分析技术——研究人员对这些人类fMRI反应性质进行了建模以适应来自猕猴的数据，在猕猴中的众多性评估试验开展得更为广泛。他们的努力揭示了一个众多性的地形学分布，其中少量的点（如受试者所观察到的）由某一部分脑中的神经元所编码，而较多数量的点则在另外一个部分的脑中被编码。这一发现证明，地形学分布不只是会出现于较低水平的认知功能——如主要感官，而且也能出现于较高水平的认知功能。因为科学家们对地形图了解很多（而且有探索它们的工具），这一发现可帮助科学家们更好地分析作为数字加工基础的神经计算，且针对数学技能，它能带来对人类来说是更为完整的的独特的了解。（DOI: 10.1126/science.1239052）
人类肠道微生物改变了小鼠的代谢 Gut Microbiota from Twins Discordant for Obesity Modulate Metabolism in Mice
据一项新的研究披露，接受来自胖人肠道细菌的无菌小鼠会比给予来自瘦人肠道细菌的小鼠增加更多的体重并积累更多的脂肪。这一发现——它证明了身体与代谢特征可通过肠道中的微生物群落进行传播——由该类啮齿动物的饮食所决定，而有关的研究人员提出，它可能代表了朝着研发个性化、基于益生菌的肥胖症疗法所迈出的重要的一步。Vanessa Ridaura及其同事首先对生活在人类异卵及同卵双胞胎肠道内的微生物进行了取样。（对本研究中的每一对双胞胎来说，其中的某一个是消瘦的，而另外一个则是肥胖的。) 他们接着将来自这些胖瘦不一的双胞胎的肠道微生物移植到小鼠的肠道内，这些小鼠自身肠道内的微生物都已被清除。研究人员发现，那些接受双胞胎中肥胖者的微生物群的小鼠（OB小鼠）会比那些接受双胞胎中消瘦者的微生物群的小鼠（LN小鼠）增加更多的脂肪。这一从人至小鼠的肠道微生物的移植导致了小鼠体内的代谢变化——例如，增加了其支链氨基酸的产出。当Ridaura和她的同事将LN小鼠与OB小鼠放在一起达5天时间，他们发现，OB小鼠会瘦下来，它们采纳了LN小鼠的“消瘦者”的代谢。他们说，另一方面，LN小鼠看来没有受到它们的笼伴微生物的影响并维持着它们自身的代谢状态。研究人员用一个组合演算法来寻找哪种细菌特别能够侵入OB小鼠并发现，拟杆菌门的特定成员能够进入OB小鼠的肠道，它们能定居于否则未被占据的生境内。为了了解更多的情况，研究人员为这些小鼠配制了具有代表性的现代西方饮食——纤维含量低及饱和脂肪含量高——而这一次则结果有所不同。在进食典型的西方饮食时，OB及LN小鼠都显得不会受到其它小鼠的肠道微生物的影响。研究人员的结果提示，未来可能应多考虑人类营养对一个人肠道微生物群落的影响。由Alan Walker和Julian Parkhill撰写的一则《观点栏目》文章更为详细地解释了这些发现。（DOI: 10.1126/science.1241214）
研究显示，需要保护更多的土地才能达到条约的要求
Achieving the Convention on Biological Diversity's Goals for Plant Conservation
保护地球17%的陆地表面及保护在这些保护区内的世界上60%的植物品种等不同的国际性承诺能在2020年同时得到兑现吗？一项新的研究提示，只有当研究人员和生态保护工作者作出更多的努力来特别保障那些生物多元性的热点时，它们才能够同时兑现。据英国剑桥微软研究的Lucas Joppa及其在英国和美国的同事披露，世界上需要得到最多保护的地区——如加勒比群岛及地中海生态系统等——并不一定与国家公园及保护地相一致。研究人员仔细观察了来自世界上最大生物多元性数据库之一中的数据，而这一数据库是由英国基尤皇家植物园所编撰的，并且研究人员分析了大约11万个不同植物物种的数据。他们应用电脑模型来确认一组最小的会含有最大数量植物物种的地区并发现，17%的地球表面庇护着世界上所有植物物种中的大约67%，,且在该17%的面积中受到保护的只有不到六分之一。研究人员确定的地球上物种特别丰富的部分包括了世界上全部植物物种的约75%以及大多数的鸟类、哺乳动物及两栖动物物种。它包括许多热带及亚热带岛屿以及安第斯山脉北部、加勒比、中美洲及非洲和亚洲地带。（DOI: 10.1126/science.1241706）