来源:中国科学报 发布时间:2013-5-14 8:36:02
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5月3日《科学》杂志精选


 
机器苍蝇起飞
 
一种会飞的只有家蝇大小的机器装置为研究人员研究自然界中最小飞蝇的飞行动力学提供了一种新的方法。蝇类能够做出极为独特且灵巧的飞行动作,这些飞行动作能够让它们快速地躲避苍蝇拍并巧妙地停留在被风摇曳的花朵上。因为这一原因,它们在空中飞行的高超技艺一直难以在实验室中得到复制。但是,Kevin Ma及其同事设计出了一种能做适当盘旋并进行可控飞行动作的极小的带有可扑动翅膀的自动装置。他们说,这是该类自动装置中的第一个,它需要有某些非传统的推进、驱动及制造方法。研究人员利用智能复合微结构并用压电材料——即那些能够将电荷转变成为某种机械应力的材料——来研发该自动装置的微型翅膀。他们接着将自动飞蝇与一个小型的离板电源栓在一起,并发现它在飞行时消耗了大约19毫瓦的电力,这与同样大小的昆虫所耗电力大体一致。据研究人员披露,该设计提供了一种新的方法来研究昆虫尺度的扑翼飞行力学及控制,且它可能会为未来的微型电源、传感及计算技术研究提供信息。
 
禽流感病毒如何与人类受体结合
 
尽管科学家们已经知道禽流感病毒颗粒(H5N1)可以感染人类,但是在此之前他们一直不了解完成这一过程的分子机制是什么。要感染一个宿主,某个病毒必须要与宿主气道中的一种受体结合。禽类病毒会与禽类的受体结合,人类病毒则与人类受体结合并依此类推;在通常情况下,这种相互作用是具有物种特异性的。尽管H5N1病毒引起过零星的人类感染,但它还没有获得在人群中有效传播的能力(即可在空气中以呼吸道飞沫穿行)。先前的研究确认了可让禽流感病毒能够通过空气在雪貂——这是普遍接受的人类流感的实验模型——之间传播的基因突变。这些研究聚焦于一个叫做HA的基因的突变上——HA编码H5N1表面的一种蛋白,该蛋白会与可能的宿主(即吸入该病毒的某个人)的气道组织进行最初的接触。当HA发生突变,H5N1会改变其结合的偏好,并显示出对人样受体亲和性的增加。如今研究人员阐释了这种受体偏好互换的机制。研究人员用X射线晶体学来研究与人样病毒受体分子结合的H5N1的HA变异体的结构。他们发现,这一结构中的原子方位与用某种可感染人的病毒亚型所制备的HA的可比性结构中的原子方位不同。变异HA的结构变化将H5N1病毒的受体结合偏好从禽类变成了人类。Zhang及其同事的研究为检查禽流感病毒的结构是如何发生影响及它会如何容易地转变成为一种在人类中具有大流行可能的病原体的进一步的研究提供了一个框架结构。
 
对病毒扩散的深入见解
 
科学家们第一次将一种来自禽流感病毒的遗传物质与一种来自人的流感病毒的遗传物质进行了结合,并证明所得到的病毒株是如何在哺乳动物之间传播并影响哺乳动物的。从历史上看,2种不同的流感病毒的基因混合(或基因重组)是流感大流行出现的原因,但科学家们还不知道具有高度致病性的禽流感H5N1病毒是否能够与具有高度传播能力的人流感病毒进行重组而变得在人群中既能传播又可致病。必须强调的是,还没有检测到这两者之间有基因重组。然而,有来自世界数个地方的证据显示,禽流感病毒H5N1可感染猪,且科学家们知道,2009年时的引起人类大流行的H1N1病毒源自猪。因此,Ying Zhang及其同事对这两种病毒是否能重组而变得能够通过在空中的接触传染而在哺乳动物中传播进行了调查。用从鸭子体内分离出的一种H5N1亚型(并通过在豚鼠之间的接触而传播),他们创造了127种重组的禽流感H5N1病毒及2009年的人类H1N1病毒。这些病毒株保留了禽流感病毒的结合特性。在用这些病毒株在小鼠中进行最初的测试之后,研究人员使用了一种更好的人类传染的动物模型——豚鼠——来测试其传播能力。有些重组的病毒可通过空中的飞沫进行传播——这是大流行蔓延的一个先决条件。值得注意的是,这些可传播的病毒对豚鼠来说是不会致命的。这一研究为H5N1病毒在哺乳动物间经空气传播可由基因重组而产生提供了证据。然而,在自然界发生的基因重组要缓慢得多。有关这一研究的一个重要的考虑事项是豚鼠与人不同;这些啮齿动物在其上呼吸道中兼有人样受体和禽样受体。(在一个与人更像的哺乳动物模型——如雪貂——中进行研究则由于长达1年的暂停而无法进行,但如果流感研究界确定对来自禽流感病毒的威胁程度进行量化分析是重要的,那么这些将可能是下一步的研究重点。)由Zhang及其同事所作的研究为病毒重组所产生的禽流感病毒是如何获得在人群中扩散所需特征的这个问题提供了深入的见解。
 
海洋超氧化物的主要来源
 
研究人员说,范围广泛且种类不同的细菌产生了大量的超氧化物和其他的活性氧(ROS),已知它们会影响各种全球性的过程,其中包括地球上碳与金属的循环。这一发现代表了一个巨大的且先前未被认识到的在水生生态系统中的超氧化物——或许还有其他的ROS——的来源,因为,在此之前,像浮游植物这样的光合生物被认为是海洋系统中ROS的主要生物来源。Julia Diaz及其同事从湖泊、土壤、热液喷口、海洋沉积物、表层水以及深部黑暗的海洋中分离到了范围广泛的30个细菌品种并发现,它们中有27种具有某些能力来产生超氧化物。有若干细菌分离株甚至还会以大大高于浮游植物的速率产生超氧化物,而且研究人员提出,由于这些细菌不需要光线就能生长,它们可能是像深海、陆地土壤或湖泊沉积物等黑暗环境中ROS的主要来源。他们说,无论如何,这一新发现的地球ROS来源需要被整合到目前的地球进程模型当中。
 
(本栏目文章由美国科学促进会独家提供)
 
《中国科学报》 (2013-05-14 第2版 要闻)
 
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