5月3日《科學》雜志內容精選
機器蒼蠅起飛
一種會飛的只有家蠅大小的機器裝置為研究人員研究自然界中最小飛蠅的飛行動力學提供了一種新的方法。蠅類能夠做出極為獨特且靈巧的飛行動作，這些飛行動作能夠讓它們快速地躲避蒼蠅拍并巧妙地停留在被風搖曳的花朵上。因為這一原因，它們在空中飛行的高超技藝一直難以在實驗室中得到復制。但是，Kevin Ma及其同事設計出了一種能做適當盤旋并進行可控飛行動作的極小的帶有可撲動翅膀的自動裝置。他們說，這是該類自動裝置中的第一個，它需要有某些非傳統的推進、驅動及制造方法。研究人員利用智能復合微結構并用壓電材料——即那些能夠將電荷轉變成為某種機械應力的材料——來研發該自動裝置的微型翅膀。他們接著將自動飛蠅與一個小型的離板電源栓在一起，并發現它在飛行時消耗了大約19毫瓦的電力，這與同樣大小的昆蟲所耗電力大體一致。據研究人員披露，該設計提供了一種新的方法來研究昆蟲尺度的撲翼飛行力學及控制，且它可能會為未來的微型電源、傳感及計算技術研究提供信息。
禽流感病毒如何與人類受體結合
盡管科學家們已經知道禽流感病毒顆粒（H5N1）可以感染人類，但是在此之前他們一直不了解完成這一過程的分子機制是什么。要感染一個宿主，某個病毒必須要與宿主氣道中的一種受體結合。禽類病毒會與禽類的受體結合，人類病毒則與人類受體結合并依此類推；在通常情況下，這種相互作用是具有物種特異性的。盡管H5N1病毒引起過零星的人類感染，但它還沒有獲得在人群中有效傳播的能力（即可在空氣中以呼吸道飛沫穿行）。先前的研究確認了可讓禽流感病毒能夠通過空氣在雪貂——這是普遍接受的人類流感的實驗模型——之間傳播的基因突變。這些研究聚焦于一個叫做HA的基因的突變上——HA編碼H5N1表面的一種蛋白，該蛋白會與可能的宿主（即吸入該病毒的某個人）的氣道組織進行最初的接觸。當HA發生突變，H5N1會改變其結合的偏好，并顯示出對人樣受體親和性的增加。如今研究人員闡釋了這種受體偏好互換的機制。研究人員用X射線晶體學來研究與人樣病毒受體分子結合的H5N1的HA變異體的結構。他們發現，這一結構中的原子方位與用某種可感染人的病毒亞型所制備的HA的可比性結構中的原子方位不同。變異HA的結構變化將H5N1病毒的受體結合偏好從禽類變成了人類。Zhang及其同事的研究為檢查禽流感病毒的結構是如何發生影響及它會如何容易地轉變成為一種在人類中具有大流行可能的病原體的進一步的研究提供了一個框架結構。
對病毒擴散的深入見解
科學家們第一次將一種來自禽流感病毒的遺傳物質與一種來自人的流感病毒的遺傳物質進行了結合，并證明所得到的病毒株是如何在哺乳動物之間傳播并影響哺乳動物的。從歷史上看，2種不同的流感病毒的基因混合（或基因重組）是流感大流行出現的原因，但科學家們還不知道具有高度致病性的禽流感H5N1病毒是否能夠與具有高度傳播能力的人流感病毒進行重組而變得在人群中既能傳播又可致病。必須強調的是，還沒有檢測到這兩者之間有基因重組。然而，有來自世界數個地方的證據顯示，禽流感病毒H5N1可感染豬，且科學家們知道，2009年時的引起人類大流行的H1N1病毒源自豬。因此，Ying Zhang及其同事對這兩種病毒是否能重組而變得能夠通過在空中的接觸傳染而在哺乳動物中傳播進行了調查。用從鴨子體內分離出的一種H5N1亞型（并通過在豚鼠之間的接觸而傳播），他們創造了127種重組的禽流感H5N1病毒及2009年的人類H1N1病毒。這些病毒株保留了禽流感病毒的結合特性。在用這些病毒株在小鼠中進行最初的測試之后，研究人員使用了一種更好的人類傳染的動物模型——豚鼠——來測試其傳播能力。有些重組的病毒可通過空中的飛沫進行傳播——這是大流行蔓延的一個先決條件。值得注意的是，這些可傳播的病毒對豚鼠來說是不會致命的。這一研究為H5N1病毒在哺乳動物間經空氣傳播可由基因重組而產生提供了證據。然而，在自然界發生的基因重組要緩慢得多。有關這一研究的一個重要的考慮事項是豚鼠與人不同；這些嚙齒動物在其上呼吸道中兼有人樣受體和禽樣受體。（在一個與人更像的哺乳動物模型——如雪貂——中進行研究則由于長達1年的暫停而無法進行，但如果流感研究界確定對來自禽流感病毒的威脅程度進行量化分析是重要的，那么這些將可能是下一步的研究重點。）由Zhang及其同事所作的研究為病毒重組所產生的禽流感病毒是如何獲得在人群中擴散所需特征的這個問題提供了深入的見解。
海洋超氧化物的主要來源
研究人員說，范圍廣泛且種類不同的細菌產生了大量的超氧化物和其他的活性氧（ROS），已知它們會影響各種全球性的過程，其中包括地球上碳與金屬的循環。這一發現代表了一個巨大的且先前未被認識到的在水生生態系統中的超氧化物——或許還有其他的ROS——的來源，因為，在此之前，像浮游植物這樣的光合生物被認為是海洋系統中ROS的主要生物來源。Julia Diaz及其同事從湖泊、土壤、熱液噴口、海洋沉積物、表層水以及深部黑暗的海洋中分離到了范圍廣泛的30個細菌品種并發現，它們中有27種具有某些能力來產生超氧化物。有若干細菌分離株甚至還會以大大高于浮游植物的速率產生超氧化物，而且研究人員提出，由于這些細菌不需要光線就能生長，它們可能是像深海、陸地土壤或湖泊沉積物等黑暗環境中ROS的主要來源。他們說，無論如何，這一新發現的地球ROS來源需要被整合到目前的地球進程模型當中。