本月《科学》摘要 :
一个信任的问题
获得成功的气味
不知情的帮凶
对疼痛的理解
通道门控探秘
抗菌素研发的替代策略
在滤掉垃圾邮件的同时使文本数码化
理论化学的挑战
可伸展的导体
新型的能裂解水的催化剂
对星球形成的模拟
难以琢磨的亚爆源
本期的 *Science Signaling*
一个信任的问题
边缘性人格障碍（ BPD ）的特点是无法维持稳定的人际关系及控制自己的冲动和情绪。在 2008 年 8 月 8 日 刊 *Science* 的一篇 Research Article 中， King-Casas http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5890/806 用一种经济诚信游戏和神经系统影像来对患有 BPD 病人的合作破裂行为的潜在神经学机制进行阐释（请在 http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080808 听一则相关的播客采访）。在游戏时，金钱在一名投资者与一名托管人之间进行交换，投资人决定需要承诺多少投资的钱，而托管者则决定将该投资中的多少数额（在资金转移的过程中，金钱的数额会增加 3 倍）来偿还给投资人。如果两个人进行合作的话，则双方都能够从这一交换之间获益，而且获益程度比投资人保持大多数的钱还要大。研究人员发现，作为托管人的 BPD 患者较不容易建立或维持一种合作关系，他们会较其他的玩家更少地将其所赚得的利润偿还给投资人，这样就导致了投资人在接着的投资中按比例地减少其投资额。此外， BPD 患者也比较不会纠正这些违约行为，例如，通过给予大方的支出来鼓励更大的投资等。有趣的是，对前脑岛（这是脑中的一个区域，它对诸如不公正以及其他人的意图或情绪状态等不良或令人不爽的社交互动会出现强烈的反应）中神经活动的测量表明， BPD 患者对信任提议（即高额投资）的信息处理看来与表达不信任（即低额投资）之间没有任何的差别。在附随的一篇 Perspective 中， Meyer-Lindenberg http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5890/778 提出，这一研究建立了游戏理论作为调查其它精神疾病中的社交功能不良的一种新的范例。
获得成功的气味
花朵面临着在需要吸引传播花粉者的同时又需击退花蜜窃贼和食花动物（即掠食花朵者）的双重挑战。进入 *Nicotiana attenuata* [ 或译： 渐狭叶烟草（这是一种开白花的野生烟草植物，其芳香气味的花蜜中搀有一些烟碱） ] 对天蛾和蜂鸟等花粉传播者来说是一种已知的令其感到嫌恶的东西。 在 2008 年 8 月 29 日 的一份 Report 中， Kessler 等http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5893/1200 结合使用遗传学、次级产物化学和现场试验来调查对立性花朵气味是如何影响植物的授粉、被掠食、异型杂交率及总体繁殖成功率的。通过不同组合将烟碱和 苄基丙酮（这是花朵中的最有吸引力的气味成分）生物合成的基因进行抑制，该团队发现，气味中的排斥剂和吸引剂两者都是保证花朵最大限度地受到花粉传播者光顾的因素。 在 苄基丙酮帮助吸引蜂鸟和天蛾光顾花朵的同时，烟碱则鼓励个体动物的适度的吸食花蜜的行为，但花朵被光临的次数则因此而增加了。 另外，带有烟碱的花朵会遏阻鳞翅目幼虫和劫食花蜜的木蜂的食花行为，这两者都会直接降低生殖适合度。有趣的是，产生烟碱和 苄基丙酮这两种物质的花朵还会比其它植物产下更多的种子并且自身还会结出更大的种子荚。 正如在附随的由R. A. Raguso http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5893/1163 撰写的 Perspective 中所提出的，这些结果提示，化学介导的“拉”和“推”策略可通过吸引花粉传播者但又防止它们闲混同时又遏阻花朵的天敌而使植物生殖适合度最优化。 该研究的通讯作者 Ian Baldwin 在一则相关的播客采访http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080829 中对这项工作进行了讨论。
不知情的帮凶
许多寄生虫病是由受到感染的昆虫的叮咬而传播的，但是在病原体被介入到宿主中时所发生的早期事件人们则所知甚少。在 2008 年 8 月 15 日 刊 *Science* 的一篇 Report 中， Peters 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5891/970 应用在一小鼠模型内的体内成像显现了由沙蝇传播的寄生虫 硕大利什曼原虫 *Leishmania major* 感染后的初始事件。 尽管 利什曼原虫通常感染的是巨噬细胞，但研究人员发现，噬中性白细胞是最早到达该昆虫叮咬处的免疫细胞之一。 这些细胞装备着在典型情况下会摧毁它们摄入的病原体的具有毒性的氧自由基和溶酶。但是在 利什曼原虫的感染情况下，该研究团队观察到，这些寄生虫在被吞噬之后仍然活着并具有传染性。 因而，噬中性白细胞与其说是在帮助宿主来应付寄生虫，还不如说是在感染的进程中成为寄生虫的帮凶。另外一个没有料到的发现是，巨噬细胞并非吞噬被感染的噬中性细胞，它们看来是通过吞噬由正在经历细胞死亡而从噬中性白细胞中释出的 利什曼原虫 而感染这些寄生虫的。 B. John 和 C. A. Hunter http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5891/917 在撰写的一篇附随的 Perspective 中指出，这一结果提出了一个有趣的问题，即这些由在死亡过程中的噬中性白细胞所释出的寄生虫是否在巨噬细胞中能够更好地适应生存。
对疼痛的理解
身体的外周疼痛传导通路是由一整套刺激所激活的，这些刺激包括热、冷和压力。但是，试图将这些不同类型的疼痛与特殊的疼痛受体进行归属一直非常困难，这可能是因为身体中存在有多种感受伤害的分子之故。在 2008 年 8 月 1 日 刊 *Science* 的一篇 Report 中， Abrahamsen 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5889/702 对三种类型疼痛的细胞学和分子学基础提供了新的见解。 应用一种遗传学的方法来毁掉一个亚族的疼痛感受神经元，并接着进行行为学和电生理学的试验，该研究团队显示，感觉神经元所表达的一种特别类型的钠通道（ Nav1.8 ）是传导寒冷、机械性和炎症导致的疼痛所必须的。这一钠通道以前被显示与感受伤害的神经元及感受寒冷中的疼痛有关联。 有趣的是，表达 Nav1.8 的神经细胞与神经受损或与高温有关的疼痛行为则没有关系。在一则相关的播客采访 http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080801 中，资深作者 John Wood 讨论了为什么对疼痛的分子学基础的更深的理解会对研发更有效的镇痛剂有所帮助。
通道门控探秘
不受控制的水流会有灾难性后果。工程师们设计了诸如水坝、防洪堤及水阀来应对这一问题。细胞是通过使得细胞内容物得以释放的细胞膜通道来应对低渗透压的打击的。 例如，当一个大肠杆菌细胞突然接触到淡水的时候，对机械力敏感的通道 MscS 会开放以允许快速的离子外流，这样便减轻了细胞膜的压力，而该压力否则的话会造成该细胞的毁灭。如今，在 2008 年 8 月 29 日 刊 *Science* 上的 2 则研究对 MscS 通道的门控分子学基础提出了新的见解。 Wang 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5893/1179 介绍了 MscS 通道在开放时构造的晶体结构，而 Vásquez 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5893/1210 则应用膜片钳技术、电子 顺磁共振波谱学和计算分析来决定与 MscS 在细胞膜中激活时相关的结构重新排列。 他们的研究揭示了循环排列的跨膜螺旋结构会像照相机光圈一样地扩展来打开通道并允许离子外流——而且螺旋结构的倾斜可以帮助这一过程的易化。 在附随的一篇 Perspective 中， C. S. Gandhi 和 D. C. Rees http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5893/1166 讨论了这一机制是如何与其它门控离子通道的渗透通路的结构变化进行比较的。
抗菌素研发的替代策略
医学所面临的一个持续性的挑战是研发新的药物来对抗 那些对目前使用的抗微生物药物具有抵抗力的病原体。一种有希望的策略是找到抑制微生物毒性而非微生物生长的药物，因为这些药物应该具有对微生物产生抵抗力的较小的选择性压力。在 2008 年 8 月 22 日 刊 *Science* 的一篇 Report 中， Rasko 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5892/1078 对某些应用这种方法所取得的令人鼓舞的结果进行了描述。许多细菌性的病原体通过探测到宿主的肾上腺素能信号分子肾上腺素及去甲肾上腺素而感受到它们是在一个可能的宿主体内。这些微生物似乎应用同样的感受器激酶蛋白 QseC 来辨识宿主信号并介导宿主毒力基因的激活。在这项新的研究中，研究人员找到了一种非毒性的阻断信号分子与 QseC 结合的小分子，这一阻断抑制了接着发生的毒力基因表达的激活。 在动物模型中，这种抑制剂似乎对致病性大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌所引起的 胃肠道感染有抵御效果。更有希望的是，这种分子对抵御 土拉热弗朗西丝菌（这是兔热病的致病原）十分有效：仅用一个单一的口服剂量就能使 80% 的受到该菌感染的小鼠因得到保护而免于死亡。 因为 QseC 存在于许多的重要的动植物病原体内，但却不存在于哺乳动物中，因此以这一感受器蛋白作为标靶为开发广谱抗菌药物提供了一种策略。 资深作者 Vanessa Sperandio 在一则相关的播客采访 http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080822 中对这一研究工作进行了讨论。
在滤掉垃圾邮件的同时使文本数码化
CAPTCHAs （ 全自动区分计算机和人类的图灵测试 ）是广泛使用的保护诸如免费电邮供应商、售票机构和社交网络网站免受垃圾邮件制造者所施展的自动化和伤害性程序的安全举措。它们要求用户阅读一个被扭曲的词或一行文字并要求在一个指定的框子内重新将其再打字一遍——这是光学扫描器或数码－文本阅读器很少能够做到的。现在，研究人员设计了一种方法，将利用人脑在解码 CAPTCHAs 时所花的努力用于另外一种有益的用途：通过要求使用者译解来自书本的、由计算机化的光学字符识别软件所无法识别的被扫描的词来帮助将老旧的印刷品数码化。 正如发表在 2008 年 8 月 14 日 在网络版 *Science* Express 上的由 von Ahn 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1160379 在一篇 Report 中所描述的，这种 reCAPTCHA 程序展现给使用者一个无法用光学扫描阅读的词及一个“对照的”答案已知的 CAPTCHA 词。如果能够正确解读对照词表明使用者是人，这时该程序会纪录使用者对无法阅读的词的回答并将其添加到它的数据库中。为了改善该系统的精确性， reCAPTCHA 会将最困难的词发送给多个用户并挑选其中有相同答案的作为正确的答案。 正如在P . Berardelli http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2008/814/1 在 一则相关的*Science* NOW 的故事中所提出的，这一程序可以以字词超过 99% 的精确度来转录文本，这一精确度可以媲美于专业化的人类誊写员所达到的标准。 reCAPTCHA 目前正施用于 4 万多个网站，并到目前为止已经帮助解决了来自扫描文本文件的约 4 亿 4 千万个字词。
理论化学的挑战
http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5890/783
还在不久以前，在合成化学实验室中的试验是在没有详尽的计算或预测的情况下进行的。 现在，许多化学家正致力于用计算及理论方法来洞察更深层次的化学系统的电子结构和在原子尺度水平的化学反应性。在 2008 年 8 月 8 日 刊 *Science* 的一个特别版面中，作者们对在探索化学问题上理论和实验之间的互补作用进行了观察。 Perspective 的文章讨论了计算某一势能函数来描述某一特定系统的能量作为原子所在位置的一种函数的重要性、预测在气相中孤立的小分子之间发生反应 的现况、用密度泛函理论来描述电子相互作用的局限性、分子 / 表面相互作用模型的进展以及使用大规模分子动力学模拟来探索复杂的液体和生物系统中的自我组装问题。人们还应用了理论化学来阐述生物化学和材料科学中的复杂问题。一则 News 故事描述了人们在模拟蛋白质折叠领域中所取得的最近的成功（这个问题长期以来因为可能存在的巨大数量的构相所带来的棘手的计算困难而止步不前）及一则 Perspective 描述了在没有实验信息输入时预测材料性能所遭到的某些挑战。
可伸展的导体
通常的电子装置依赖于硬的、刚性的电路板。这些电路适用于电脑和其它的固定装置。但是工程师们正渴望研发可延展性的电子装置以用于从大型、可伸展性的视频显示器到机器人的人造皮肤等各种用途。如今， 在 2008 年 8 月 7 日 的网络版 *Science* Express 上发表的一篇 Report 中， Sekitani 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1160309 对创制一种新型的橡胶性、有弹性的导体材料进行了描述——这是朝向建立一种柔性电路所迈出的第一步。为了建造这种材料，研究人员首先将一批毫米长短的纳米碳管与一种离子液体（一种含有带电荷分子的液体）进行混合以防止碳管形成团块。这样便生成了一种黑色、糊状的物质，接着将这种物质与一种液态聚合物进行结合并将其倾倒到一个玻璃盘中。最后，该研究团队在这种物质上涂上硅橡胶并在该材料上遍布冲打的极小的孔洞以增加它的弹性。最终，这种物质可以被拉伸到其原先长度的 38% 而不会丧失其传导性。此外，当该研究团队应用该弹性导体来连接一个阵列的有机晶体管，这种矩阵电路在高度拉伸应变时显示了极佳的机械和导电性能。在一则附随的 *Science*NOW 的故事中， P. Berardelli http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2008/807/2 对该 Report 进行了着重的介绍。
新型的能裂解水的催化剂
日光对补救全世界的能源问题具有很大的潜力，但它到目前为止局限于是仅仅能够在白天使用的能源。这是因为目前的储放额外太阳能以备后用的方法既昂贵地令人望而却步且又效率低下。人们需要的是能够捕获电能的催化剂并用它来裂解水以产生氢气（一种清洁的燃料）和氧气。这是一个分 2 个步骤的过程，涉及氧和水的化学性重新排列以制造氧气以及水中质子的化学性重新排布以制造氢气。氧气的催化步骤特别难于实现；铂可以催化这一过程，但铂十分稀罕和昂贵，使得它无法应用于工业规模上。现在，在 2008 年 8 月 22 日 刊的 *Science* 的一篇 Report 中（ 7 月 31 日 在网络版上发表）， Kanan 和 Nocera http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5892/1072 报告了由钴和磷所制备的一种新型的有高度裂解水效能的催化剂的设计 —— 这是 2 种廉价而且含量丰富的元素（参见 8 月 1 日 刊《科学》上由 R.F. Service 所撰写的一篇相关的 News 故事； http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5889/620 。为了制备这种催化剂，该研究团队将一个 铟锡氧化物电极浸没在水中并与钴和磷酸钾进行混合。 当对电极加上电压的时候，钴、钾和磷酸在电极处聚集，形成一种可以氧化水以形成氧气和自由氢离子（氢离子在电极的另一端形成氢气）的催化剂。此外，这一过程可以在中性的 pH 和室温的条件下进行——这对工业化生产是一种极为理想的条件。 Dr. Nocera 在一则相关的播客采访中 http://www.sciencemag.org/about/podcast.dtl#20080801 对这一系统进行了讨论并计划改进该系统。
对 星球形成的模拟
在宇宙黑暗时期结束的时候，即在宇宙大爆炸之后的第一个 10 亿年后，第一批的星球开始形成并照亮了宇宙。 这些初始星球的形成以及它们最终的爆炸为随后的星球形成提供了种子。本月 *Science* 的 2 篇 Report 对宇宙早期星球的诞生以及位于我们的银河星系中的巨大的黑洞附近的较为新近的星球的形成提出了新的见解。
– Yoshida 等人 1 Aug 2008 ; http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5889/669 对在不受湍流或磁场干扰的初始气云中的原子和分子过程之后出现在宇宙中的第一批星球所作的电脑模拟进行了介绍。他们的结果显示暗物质的密度的变异是如此之微小，而气云可以在重力的影响下成长并播下一种微小的原恒星（其质量仅为太阳的 1% ）形成 的种子，以及这个原恒星为什么会在大爆炸之后不久演化成一颗巨大的可以合成重元素的星球。在一则附随的 Perspective 中， V. Bromm http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5889/647 对这一研究进行了着重的介绍。
– Bonnell 和 Rice 2008 年 8 月 22 日 ; http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5892/1060 对超大型黑洞附近的星球形成进行了调查。他们向人们介绍了数值模拟所显示的一个普通的分子云——其形成位于足够长的距离之外以免受黑洞的危险的引潮力影响——可以幸免于内向陷入并将其气云的一小部分储放在一个可以形成星核的偏心星盘内（参见由 P.J. Armitage 所撰写的 Perspective ; http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5892/104 。在包括当气云被黑洞撕扯时气云的受热和压缩等适当的条件下，它们中的大多数会形成巨大的星球。
难以琢磨的亚爆源
地磁亚爆（是地球磁气圈内爆炸性太阳风能量的脉冲）会对人造卫星、输电网和通讯系统造成严重的破坏，并引发北极光的周期性的多色光显示的增强。对这些神秘大气事件的肇始的解释存在着两种互相对立的模型。其中一种模型认为，亚爆是在距地球之上约 6 万公里 处（大约为地球到月亮距离的 1/6 ）当地磁湍流打断了太空气流的流动时所激发的。 他们假设亚爆源是在距离更远的地球磁尾（大约在地球之上 112 万公里处）中的磁线重新连接，在那里，地球的地磁场线与太阳磁场线发生碰撞，使得带电荷的离子猛烈冲击地球的大气层。 如今，在 2008 年 8 月 15 日 刊的 *Science* 的一篇 Research Article 中（其网络版于 7 月 24 日 发表） Angelopoulos 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5891/931 介绍了 NASA 某一项目中的某些首批结果，该项目的目标是为了阐明亚爆肇始的触发因子。该研究团队对地球大气之上的等离子区的磁场和电场的卫星测量数据以及陆基天文台所捕捉到的发生在 2008 年 2 月的一次亚爆的极光图像进行了分析。这些数据表明，磁线重新连接是亚爆的发端，并在 1.5 分钟之后触发了极光的显现。由 A. A. Petrukovich http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/321/5891/920 所撰写的一篇附随的 Perspective 对这一研究进行了着重的介绍。
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本期的 *Science Signaling*
候选第二信使
还在不久之前，细菌细胞内的信号传送情景看来似乎是被人遗忘了。特别是传送第二信号的小分子似乎并不常见。它们限于cyclic adenosine 3’,5’-monophosphate (cAMP) ，（即环磷酸腺苷，其功能是发出葡萄糖浓度变化的信号）和guanosine-tetraphosphate (ppGpp) （即 鸟苷四磷酸盐 ，它是在对营养性应激进行反应时产生的 ）。环二核苷酸信号分子 cyclic diguanylic acid (c-di-GMP ，即环二鸟苷酸 ) （其合成受到范围广泛的信号所刺激）现在已经被承认是一种被多种与生物膜形成有关联的细菌所用的第二信使。 在 2008 年 8 月 19 日 刊的一篇 Perspective 中， Römling http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1/33/pe39 着重介绍了一则研究工作 , 该研究表明细菌中存在有另外一个先前未被承认的环二核苷酸信号分子 : 3’-5’-cyclic diadenylic acid or c-di-AMP （即环二腺苷酸）。这一研究显示，在土壤细菌 枯草杆菌中，其 DisA (DNA integrity scanning protein ，即 DNA 完整性审视蛋白，这是细菌在形成孢子时充当 DNA 损伤核查点的一种蛋白 区域具有二腺苷酸环化酶的活性。有趣的是，这种酶活性在当 DisA 与分支 DNA 结合时会消失，这可能是当复制时出现自发性双股 DNA 被打断时所造成的。 c-di-AMP 因而可能充当一种显示 DNA 完整性的信号。在其他细菌和古细菌类蛋白质中存在二腺苷酸环化酶区域表明， c-di-AMP 除了对分支 DNA 之外还充当对多种不同信号进行反应的一种第二信使分子。
本月 *Science Signaling* 还有：
– J. M. Sanger 和 J. W. Sanger 对横纹肌细胞动态的 Z 带进行了讨论 2008 年 8 月 12 日 ； http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1/32/pe37 。
– Lamb 等人讨论了与 NAD （ H ） 或 NADP （ H ） 结合的蛋白质究竟是如何将细胞的氧化还原状态与转录过程或其它的信号传导通路进行偶联的 2008 年 8 月 19 日 ； http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1/33/pe38
– S. Na 和 N. Wang 描述了对活细胞中的机械性 – 化学性信号传导活动进行量化的规程 2008 年 8 月 26 日 ； http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1/34/pl1。