《科学》封面

竹节虫揭示演化可预测过程

通过将竹节虫从它们最喜欢的植物宿主移植到替代宿主并观察其基因组会发生什么情况，研究人员已经确定，进化的某些方面既能预测也可重复。Víctor Soria-Carrasco及其同事对Timema cristinae竹节虫进行了研究，这种竹节虫在美国加利福尼亚州为适应不同环境条件已经演变出了两种生态型——或物种的不同变体。他们首先对这些生态型的基因组进行了测序——这些生态型的竹节虫已经适应于植物Adenostoma fasciculatum或是植物Ceanothus spinosus——并将它们进行比较以观察这些生态型的环境是如何影响其基因组的。研究人员在竹节虫的生态型中发现了数千个分化的基因组区域，它们中有许多涉及蛋白编码基因，但他们注意到这些基因组变化的大多数是由地理位置而非宿主植物所驱动的。他们说，即使这样，各种竹节虫生态型在类似的基因组区域会共有比由概率所预计的更多的突变。因此，Soria-Carrasco及他的同事将其不同生态型的竹节虫进行移植——即将它们转移到不同的宿主植物并发现，这些不同生态型的竹节虫只在其被转移到不同宿主植物的一个世代后，其基因组就会显示出汇聚及分化区域。总之，这些结果提示，自然选择可以在某物种的不同生态型中通过诱导它们中的平行基因改变而驱动一种平行演化。他们还提出，这种会复制的物种可在类似的环境压力下分别演化。

环境信号可影响精子功能

精子在做前往雌性卵子的长距离艰巨旅行时需要有路径指示，而一项新的研究提示，由雌性动物鼻子所嗅到的空气中的费洛蒙可确保这些路径指示会出现。雌性动物具有强大的嗅觉，它们能够探测到一大批分子，其中包括被称作费洛蒙的物种内信号分子。但研究人员想知道这些对气味的感觉究竟有多强以及它是如何影响配子功能和生育能力的。如今，Katherine McKnight及其同事通过研究秀丽隐杆线虫这种线虫而对此有所了解。

以往的研究显示，秀丽隐杆线虫鼻子中的神经元可觉察到费洛蒙信号。McKnight 等人聚焦于该线虫的感知通路并发现它会改变雌性线虫生殖道中的脂肪代谢。食物中脂肪所衍生的被称作前列腺素的信号分子对生殖是至关重要的，它们能帮助进入雌性生殖道的精子向受精部位移动。当线虫鼻子中的神经元感觉到费洛蒙时，这些所谓的精子路径指示的浓度可得到提升；这种情况之所以发生是因为费洛蒙可帮助将该通路中的食物脂肪转变成为前列腺素分子。研究人员在秀丽隐杆线虫中显示，当环境中的费洛蒙低于某特定水平，前列腺素水平会下降，而精子会迷失方向，使其无法到达受精据点。McKnight等人的研究提示，费洛蒙及其它环境信号可影响精子的活动力，并因而影响生育力。至关重要的是，在本研究中得到评估的前列腺素也在小鼠中被发现，这意味着在其他动物中可能也存在着类似的机制，且由于先前的研究已经显示前列腺素会影响人的精子，因此这项研究可能也与人类的生育能力相关。

NMR新法揭示组织详情

研究人员如何知道他们在实验室中所生长的组织，例如像骨这样的组织，与作为一种精确模型的生物学组织有足够的相似性呢？到目前为止，还没有一种方法能在原子水平对这种体外模型中的复杂材料，如细胞外基质，与真实组织的结构相比较。但Wing Ying Chow及其同事证实核磁共振（NMR）光谱可被用来做到这一点——他们用活的小鼠组织来指导体外骨模型发育的研发。研究人员设计了一种富含碳-13 和氮-15同位素的体重较重的小鼠；这两种同位素皆可轻易地被NMR 所检测并能增进胶原组织的分辨率。他们用该小鼠的NMR光谱作为某种“指纹”来与某种他们正在研究的骨发育模型进行比较。详细的观察揭示了重鼠组织与它们的体外模型之间的细微差异，而研究人员接着利用该差异在实验室中制作了更像原生状的组织。出人意料的是，Chow和其他的研究人员发现，一种叫作PAR的分子也会与发育中骨组织的胶原基质矿物质结合；PAR在通常情况下是与核蛋白相关的。他们说，他们在原子尺度探测组织的新方法可能会在组织工程或药物输送中找到应用。

（本栏目文章由美国科学促进会独家提供）