2014年01月24日《科学》杂志精选

封面故事 & 特刊：探索火星的可居住性

Habitability, Taphonomy, and the Search for Organic Carbon on Mars

追求外星生命是现代科学古老而又不可避免的的目标之一。在实际的操作过程中，这一挑战的核心就是要将这个宏伟的愿景分解成若干个小型研究。而寻找“前世” 残留有机物的研究则是一个可帮助引导其他探索方式的典范。评估某个星球的可居住性就是要探索它的自然环境支持生命的存在吗？它是否有利于保护生命遗迹，尤 其是有机大分子？（DOI: 10.1126/science.1249944）

你从哪儿得来全新的基因?

Origin and Spread of de Novo Genes in Drosophila melanogaster Populations

有的时候，一段非编码DNA序列可产生一个独特、新的（初治）基因，它起着其自身特殊的可能会帮助塑造该物种的作用。但在此之前，研究人员还一直不太了解 这一过程是如何进行的。Li Zhao及其同事将先前未经描述的黑腹果蝇——即普通果蝇——株的睾丸转录组——即雄性性腺中的全套的RNA分子——与可公开获得的有关其它黑腹果蝇株的 数据进行了比较。他们在近交果蝇株中确定了在其它果蝇株中非基因的或无功能的106个固定的及146个多态性初始基因--但其显示了与在果蝇转录组的等同 区域内的基因含量的类似性。研究人员进一步地分析了这些候选初始基因以揭示它们可能是通过受到自然选择压力而驱动的先祖的、未表达的开放阅读框的复活而形 成的。因此，看来这些自发形成蛋白的先前非编码DNA序列的演化和选择或为一种重要的基因新颖性的生成器。鉴于他们的发现，Zhao及其他的研究人员提 出，科学家们如果没有一些有关在该物种中的这些初始基因组成的知识将甚至无法辨认某一生物体的生物学重要属性。（DOI:10.1126/science.1248286）

即使缺乏其所需的维生素，免疫细胞仍然可以保护宿主

Adaptation of Innate Lymphoid Cells to a Micronutrient Deficiency Promotes Type 2 Barrier Immunity

营养不良会损害免疫系统，降低其强度与力量，但如今一项新的研究显示，世界上最常见的营养不良问题之一--维生素A的缺乏--可提升某种关键性免疫细胞的 水平。在世界上那些常见的营养不良地区，寄生性蠕虫感染也可能是普遍的。这就需要所谓的在粘膜表面的屏障免疫--这是一种部分由先天淋巴样细胞 （ILCs）介导的免疫策略。ILCs似乎会对维生素A提供的信号--具体地说是该维生素的一个叫做视黄酸（RA）的代谢物--做出反应。为了更好地理解 视黄酸是如何影响某些ILCs的生长的，S.P. Spencer及其同事在维生素A缺乏的小鼠（在这些小鼠中，RA信号传导是阙如的）中研究了ILCs亚群的行为。他们发现，在这些小鼠中，ILC的某些 亚群（即那些对细菌免疫重要的亚群）大大地减少了，而另外某些亚群，尤其是ILC2s，则出现数目的增长（后来发现，ILC2s因缺乏RA受体而可在没有 维生素A存在的情况下增生。它们对保护机体免受寄生性蠕虫感染起着重要的作用）。Spencer及其同事的结果显示机体会如何切换到一种不同的免疫类型， 即使当机体缺乏重要的营养资源时也能让宿主活着。维生素A缺乏会使免疫系统倾斜，使得它做好准备以保护机体免受寄生性蠕虫的感染，而后者是维生素A缺乏症 流行地区的一个重大问题。（DOI:10.1126/science.1247606）

远古的犬类癌症暗示第一个犬类宿主

Transmissable Dog Cancer Genome Reveals the Origin and History of an Ancient Cell Lineage

研究人员首次提供了一种可传播肿瘤的整个基因组序列，该肿瘤在数千年前起源于某一条狗，这种肿瘤直到现在仍然在家犬中传播。他们的努力揭示了该肿瘤最初的 狗宿主特征，他们说其特征可能类似于现代的阿拉斯加雪橇狗（马拉密犬）。犬传染性性病肿瘤或CTVT是2种已知的可传播的癌症之一；它可通过转移活的癌细 胞而在家犬群中传播，通常是在性交时。尽管CTVTs有一段基因组序列源于某一条狗，但它们现在在许多品种的狗中独立地存在着。然而，在该肿瘤的DNA编 码内，它们的第一个宿主的基因组一直存活着。为了推断第一条作为CTVT宿主的狗的特征，Elizabeth Murchison及其同事从2条现代犬——1条澳大利亚土著营地狗及1条来自巴西的美洲卡可猎犬——中对CTVTs的基因组进行了测序。有趣的是，他们 发现这2个肿瘤共享有几乎2百万个体细胞突变--这比在大多数人类肿瘤中所发现的体细胞突变要多1百多倍。可是至关重要的是，CTVT仍然保持稳定，它继 续在家犬群中肆虐了数千年。通过检查DNA变异，Murchsion等人帮助澄清了CTVT第一次在犬中出现的时间--后者一直存在争议；他们估 计，CTVT是在1万1000多年前（这是犬类被驯化的时间点）在一个近交群体中出现的。Murchison等人的工作揭示了世界上最老的已知癌细胞系的 起源、历史及演化，它凸显了哺乳动物体细胞基因组在一个新的生态位中（在此为犬类宿主）适应并持续的能力。一则《观点栏目》文章提出了更多的见解。 （DOI:10.1126/science.1247167）

没有谁像虾蛄那样来看色彩

A Different Form of Color Vision in Mantis Shrimp

为什么虾蛄的眼睛有12种不同类型的光感受器，而只需要4-7种光感受器就能够编码阳 光下的每一种颜色？由Hanne Thoen及其同事所进行的一项新的研究，该研究通过揭示虾蛄所依赖的一种独特的、先前还没有被记录过的颜色视觉系统从而帮助解开这一谜团。这些研究人员 将食物奖励与各种颜色进行相关并发现，尽管虾蛄有着数目令人费解的光感受器，但该生物不能轻易地区分某些较相似的颜色。为了说明这种情况，Thoen及其 他的研究人员提出，虾蛄通过用它们的12种光感受器——每一种光感受器设定有一种不同的敏感度——来扫描物体可避免复杂的神经处理需要。他们说，与人的眼 睛——它们有可向脑部发送信号以进行比较的3种类型的光感受器——不同，虾蛄的眼睛可产生一种几乎立刻识别作为一种颜色的模式。因此，虾蛄会失去某些在颜 色间进行区分的能力-- 例如， 这些甲壳动物可能无法区分浅橙色和暗黄色--但他们无需在它们的脑中比较可见光谱的波长而能快速地识别基本的颜色。据研究人员披露，这种妙招可能会节省虾 蛄一些精力并赋予它在其栖息的一个极端富有争斗性及色彩丰富的珊瑚礁世界中占有优势。由Michael Land 和 Daniel Osorio撰写的一篇《观点栏目》文章更为详细地解释了这一先前未知的色彩视觉系统。（DOI:10.1126/science.1245824）

机遇号的新的结果补充了好奇号的结果

Ancient Aqueous Environments at Endeavor Crater, Mars

 美国宇航局（NASA）的机遇号探测车是在2004年登陆火星的--当时是好奇号探测车在火星降落之前8年多，来自此次飞行使命的新的数据现在显示，在 远古时期造成奋进陨石坑的撞击之前及之后，水曾经冲击过该陨石坑的边缘岩石。然而，据Raymond Arvidson及其同事在本星期所报告的新的机遇号的发现，在奋进陨石坑形成之前，冲刷该区域的水是近乎中性的（略带酸性），而它会比该撞击之后流至那 里的水对微生物的生命更为适宜。他们的发现与该探测器在1月25日登陆火星10周年的时间一致，它给来自好奇号探测器的不断增加的研究内容有了新的增添， 而好奇号探测器的目的是对火星上的可居住性进行评估。

Arvidson与他的同事解释说，来自火星勘测轨道飞行器的数据表明富含铁与铝的粘土矿物的存在并指引机遇号探测器前往奋进陨石坑的边缘；奋进陨石坑是 在37亿多年前形成的。机遇号在那里对Matijevic构造进行了采样，后者是一群富含粘土矿物的细粒、分层的岩石。研究人员分析了这些富含矿物质岩石 中的球粒、岩脉及破裂并确定这一Matijevic构造所代表的是机遇号迄今所遇到的最古老的火星岩石--及最早的水活动事件。与位于Matijevic 构造顶部的较年轻的岩石不同——那些岩石含有会让甚至是最顽强的嗜极微生物难以生活的超咸、高度酸性水的特征，这些较古老的岩石则与较温和的会对生命或生 命起源前化学较为有利的条件相关。综合来看，这些结果提示，在奋进号陨石坑形成之前与之后，具有不同 pH 值的水曾经在这一区域流动。由John Grotzinger撰写的有关本杂志一个特别版面的介绍文章将这一新的发现与好奇号最近的发现进行了结合以对火星的可居住性进行一个深度的概述。 （DOI:10.1126/science.1248097）