《科学》封面
鱼的生活方式及供氧机制
3则新的报告揭示了负责输送氧的呼吸色素是如何在脊椎动物中演化以帮助它们在更高的水平进行运作的。
在由Scott Mirceta及其同事撰写的一篇报告中，研究人员对深潜海洋哺乳动物的肌红蛋白在2亿年中的进化史进行了追踪，这些深潜哺乳动物是那些目前仅生活在陆地上的哺乳动物的亲缘动物。在对现有潜水哺乳动物的最大骨骼肌的这种色素浓度进行评估，并且在发现它与某种特殊的分子特征——即肌红蛋白表面电荷增加——密切相关之后，他们用祖先序列重建来推断这些物种的远古亲族动物体内的肌红蛋白浓度。
在第二则研究中，Chandrasekhar Natarajan及其同事在生活于高海拔地区的鹿鼠体内发现了氧结合过程中的一种适应性的变异。以往对来自落基山脉的高地鹿鼠与来自大平原地区的低地鹿鼠的比较揭示了它们在血红蛋白—氧亲和力上的遗传差异；这些差异可归因于自然发生的血红蛋白亚基的突变。这项研究可帮助解释为什么鹿鼠会有这样的地域分布特征。
在第三个报告中，Jodie L. Rummer及其同事也对血红蛋白进行了研究。研究人员对一个令生理学家们长期困惑的谜团进行了阐释：为什么一种仅在辐鳍鱼中发现的，且对酸高度敏感的血红蛋白会引起鲁特效应。Rummer 及其同事让虹鳟接触CO2含量增高的水——这不是一种理想的状态——并用光纤传感器来监测鱼肌肉组织中的氧浓度，他们发现氧浓度增加了65%。这表明，在应激时鲁特血红蛋白通过鲁特效应来增加对鱼肌肉的氧输送。氧合良好的肌肉可帮助鱼更有效地冲刺，协助它们觅食或逃跑。这是对鲁特效应的一个作用的发现，该发现可帮助确认在早期鱼类中影响形成这一复杂反应的选择性压力。
综合来看，这些研究揭示氧输送增强的演化如何在不同物种中改善了它们的表现，而且这些研究还就处于不同环境中的脊椎动物其适应性是如何改变它们相应的呼吸色素分子结构的提供了见解。一则由Enrico L. Rezende撰写的论文对这些发现的含义作了进一步的阐释。
南极冰架由底而上融化
据一项新的研究报告，由于海洋变暖而导致的冰从底部融化的现象可能是南极冰架不断缩小的一个主要的原因。这些发现显示，海洋与冰的相互作用对冰架的质量平衡起着一种核心作用，且某些冰架因为海洋暖化及海平面的上升正在发生着迅速的变化。最近的研究显示，因为海洋暖化所致的底部融化可能同样重要。Eric Rignot及其同事利用卫星观察及冰表面积累重建对目前存在的所有南极冰架进行了勘测以确定它们在海洋中融化及断裂的速度有多快。研究人员发现，冰架崩裂并不是占主导地位的冰丧失过程。相反，由于冰架底部的冰融化所致的冰架缩小程度与冰架崩裂所致的缩小程度一样多。
对麻风病发病的研究
研究人员将采自古代人骨骼及当今患者的麻风分枝杆菌——这是引起麻风病的病原体——基因组进行了测序以求了解该细菌是如何在漫长的时间中演化的。这种中世纪前在欧洲流行的疾病每年仍然会在世界各地感染大约22.5万人。Verena Schuenemann及其同事对古代及现今的麻风杆菌菌株作了并行比较并发现，该细菌实际上在过去的1000年里并没有发生多大的基因改变。
研究人员使用DNA 捕获技术及高通量测序技术从曾于10世纪至14世纪间生活在英国、瑞典和丹麦的5名麻风病人的遗骨中获取了几近完整的麻风杆菌的基因组。他们还获取了来自世界各地麻风病患者的最近的活检，他们总共得到了16个古代及当代的麻风杆菌基因组。他们的分析显示，在这16个基因组中只发生了大约800个突变，而来自美洲和中东的不同的菌株可能源自中世纪的欧洲。
Schuenemann及其他的研究人员提示，16世纪欧洲麻风病的下降并非因为其病原体失去了致病力，而是因为其他的如鼠疫或结核病等传染性疾病开始出现或因为改善的社会条件限制了其传播。他们提出，本研究从古代骨骼中获得的高质量的麻风杆菌可能被用于日后的研究，以进一步往前追溯麻风病的传播路径。
生殖要素研究获进展
研究人员发现，没有特殊类型小RNA的小鼠不会排卵，这一发现可能有一天会指导对人类不孕症的治疗。小鼠及其他哺乳动物的排卵受到了由下丘脑垂体—卵巢轴分泌的激素的控制，该系统包括下丘脑、垂体腺及性腺。生理学家将这些腺体放在同一组中是因为它们常常以合作的方式运作。下丘脑垂体—卵巢轴会表达微RNAs（miRNAs），而微RNAs会在各种生物过程中发挥作用。为了研究miRNAs在生殖中的作用，Hidetoshi Hasuwa及其同事制造了miRNA受到破坏的基因敲除小鼠，首先被敲除的是miR-200b，这是在雄性生殖器官中发现的一种微RNA。
他们还制造了一种敲除了miR-429的小鼠，而miR-429在小鼠基因组中位于miR-200b的附近。这两种敲除对雄性小鼠的生殖力都没有影响，但这两种敲除对雌性小鼠产生了影响——当它们与野生型（即没有受到敲除处理的）雄性小鼠交配时，它们只有9%的机会怀孕。进一步的研究披露了在敲除处理过的雌性小鼠中黄体生成素含量有了显著减少；黄体生成素水平的上升会触发排卵。
这项研究显示，下丘脑垂体—卵巢轴需要有miR-200b和miR-429来支持排卵；它揭示了这些miRNAs在哺乳动物生殖中的作用。由于miR-200b簇也存在于人类中，其在维持小鼠正常排卵中的作用可能也适用于人类的生殖过程。
（本栏目文章由美国科学促进会独家提供）
《中国科学报》 (2013-06-25 第2版 国际)
