Nature最新內容精選

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冰層消退與北極科研條件的變化

2010年冬天，加拿大北極的部分地區變暖的紀錄被再次打破。哈德遜灣珊瑚港，一月份中連續幾天的氣溫有記錄以來首次上升到零度以上。整個北極地區，極端氣候條件已正成為常態。自1979年開始北極衛星觀測以來，九月份海冰的覆蓋面積以每十年12%的速度遞減。尤其是過去的五年，覆蓋面積已降至歷史最低值。海冰層正變得越來越薄，這使得其對氣溫上升更敏感、更脆弱。氣象模型預測，在本世紀下半葉，夏季海冰將大范圍消失。然而，目前冰層的消失速度已超過了模型預測，這表明海冰消失將更快出現。

根據“聯合國海洋法公約”，國家可以要求在北冰洋海底資源的權利，根據的海岸線和海底地質。地圖（右）上的深灰色陰影代表每個國家現有的專屬經濟區，從而延長其海岸線370公里。明亮陰影描繪哪些國家有資格要求的擴展地區。北極國家中僅有俄羅斯和挪威已經提交了他們的請求。

北極下厚厚的沉積巖中可能發現地球上最大石油儲量。高油價正推動著石油公司不斷向北挺進，正在進行鉆探或計劃封鎖格陵蘭海岸和卡拉，巴倫支海和楚科奇海。

北極的冰在融化，過去很多關于應該怎樣在北極圈內進行科研工作的假設也隨之消失了。本期雜志將審視這些變化如何影響北極的科學探索工作，科學家應如何保持北極地區可持續和和平發展。人們正呼吁建立國際法規，以建立一個安全環境，確保船舶通行量有序增加。北極研究和發展都應該考慮當地人民的意見，科學家們正在學習如何實現該目標。當地人民可以提出他們對環境變化的見解，科學家們可以幫助他們，讓他們的聲音被社會所知曉。

北極地區的國際科學合作有著悠久傳統，這種傳統必須保留并發揚光大。即便在該地區的國家推動“聯合國海洋法公約”下的領土要求的情況下，都應該堅持和發揚這種傳統。各國應共同努力，比如通過北極理事會，以確保所有國家的研究人員均能獲準進入北冰洋的所有地區。

同時，科學家應在數據收集后盡快上傳至公共數據庫，實現數據信息及時共享。北極正在發生著比地球其它地區更為迅猛的變化。富含碳的永久凍土層融化，隨著冰層的消失，暴露出的黑色土層和水將吸收更多的太陽熱量，因此北極地區的變化將有可能對地球氣候產生巨大的影響。科學家們時刻關注著這些問題。

破冰船LouisS. St-Laurent號（上）和Healy號（下）正在進行為期多年的國際北極考察以繪制北極大陸架。

嚴重肥胖和體重不足的病因可能互成鏡像

體重不足和肥胖都與死亡率上升存在著聯系。雖然肥胖已被與若干種基因變異體聯系在一起，而人們對體重不足的遺傳基礎卻知之甚少。現在，對來自歐洲和北美28個細胞遺傳中心的數據所做的一次大規模分析顯示，體重不足經常與16號染色體上一個短的區域的復制相關。同一染色體區域的刪除以前曾被與肥胖癥聯系在一起。所觀察到的相關表現型與該位點基因刪除的攜帶者中所報告的表現型是相對的或成鏡像關系的，與該復制區域內的基因的轉錄水平的變化相關聯，而不是與相鄰區域內基因的轉錄水平的變化相關聯。這表明，嚴重肥胖和體重不足可能有互成鏡像的病因，并且可能是由能量平衡的相反效應造成的。

保障糧食生產和減少環境影響

今后，持續增長的人口、不斷增長的收入、肉類和乳制品消費的增加、以及生物燃料使用的不斷擴大，都將對世界農業和自然資源產生前所未有的需求。在這種背景下，我們能否滿足不斷增長的食品需求同時減少農業生產對環境的破壞？在本期的一篇“分析”文章中，一個由環境和農業科學家組成的國際小組對這一問題做出了肯定回答，但要做到這一點將是不容易的。利用新的地理空間數據和模型，他們評估了新的農業生產方式何以能夠對糧食生產和環境可持續發展都有利。他們識別出能夠使糧食產量加倍同時減少環境影響的四個策略：第一，停止農業生產的擴張；第二，縮小低產農田的“產量差距”；第三，提高收成；第四，我們需要改變自己的飲食習慣，使糧食生產能夠減少浪費，即減少用作牲畜飼料、用來生產生物能源和用于其他非食物應用的糧食用量。

14世紀歐洲“黑死病”死者基因組得到重建

DNA恢復技術和序列分析技術的進步已將古代物種的基因分析范圍拓展至全基因組水平，并且該技術具有很好的可靠性，快速成為一種標準方法。該技術發展對于流行病研究具有重大促進意義，因為該技術為古代微生物基因組研究提供了可靠的方法，古代微生物基因組研究有助于解釋在消失和再次傳染過程中致病菌的進化和適應的機制。加拿大麥克馬斯特大學生物系和德國圖賓根大學考古科學研究所的國際研究團隊利用最新DNA恢復和測序技術重建在14世紀造成蔓延歐洲各地“黑死病”（淋巴腺鼠疫）疫情的鼠疫耶爾森菌（Yersiniapestis）的基因組（平均覆蓋率為30）。該基因組是用從位于倫敦EastSmithfield的皇家造幣廠所在地的一個大墓地挖掘出的四個人的殘骸提取出的全部DNA重建的，這個墓地在1348年和1349年掩埋了超過2000個死于鼠疫的人。本期封面所示為1987年原皇家造幣廠所在地的發掘現場。基因結構和多樣性分析表明古老致病菌是大多數現代菌株的祖先，所有鼠疫耶爾森菌與祖先節點非常相近的位點通常與人類傳染有關。時空分析表明引發1347年至1351年間的黑死病的主要歷史事件是祖先基因在致病菌間廣泛傳播，這進一步說明現代鼠疫耶爾森菌流行病起源于中世紀。現代基因組比較分析揭示，中世紀致病菌沒有獨特的衍生位點，這表明黑死病期間致病菌毒性的表觀增加可能不由細菌表現型引發。這些發現支持了鼠疫耶爾森菌流行的前提條件應當是環境、載體變化和宿主抵抗力等因素，而不是微生物基因的觀點。