自然信息

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擬南芥隱花色素2(cry2)的光激發(fā)與光鈍化機(jī)制

光是影響地球上所有生命體系的重要環(huán)境因子，動(dòng)植物均通過光受體蛋白感受感知光信號(hào)。其中，隱花色素(cryptochrome)是唯一一類在生命進(jìn)化過程中極為保守的藍(lán)光受體蛋白。在植物系統(tǒng)中，隱花色素參與藍(lán)光誘導(dǎo)的幼苗形態(tài)建成和花發(fā)育等過程；而在哺乳動(dòng)物中，隱花色素主要參與生物鐘與晝夜節(jié)律調(diào)控。

隱花色素于1993年首先在植物中被發(fā)現(xiàn)。能夠行使功能的隱花色素(cry)由隱花色素蛋白(CRY)與一個(gè)生色團(tuán)(chromophore)共同組成。隱花色素吸收光子以激發(fā)原初光反應(yīng)，然而，其原初光反應(yīng)的分子機(jī)制一直未能破解。

2016年10月21日，《科學(xué)》在線發(fā)表福建農(nóng)林大學(xué)林辰濤教授團(tuán)隊(duì)的研究成果，闡述了模式植物擬南芥的藍(lán)光受體蛋白——隱花色素2(cry2)的光激活與失活機(jī)制。

他們的研究表明：光通過誘導(dǎo)隱花色素2形成同源二聚體的方式來激活隱花色素2，激發(fā)態(tài)隱花色素蛋白通過與其信號(hào)蛋白 (CIB1、SPA1、COP1等)的相互作用而調(diào)控下游功能基因表達(dá)，促進(jìn)植物花發(fā)育。同時(shí)，他們鑒定出一種名為BIC1(blue-light inhibitor of cryptochromes 1)的蛋白，該蛋白與隱花色素2直接相互作用，阻斷隱花色素2的同源二聚化和后續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，以決定植物光受體的活性與信號(hào)強(qiáng)弱, 進(jìn)而調(diào)控光合作用、光形態(tài)建成以及開花時(shí)間等植物生長發(fā)育進(jìn)程。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)人類隱花色素也具有二聚化反應(yīng)。

這一研究發(fā)現(xiàn)了一種植物光受體的開光轉(zhuǎn)換機(jī)制——光誘導(dǎo)蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)控植物隱花色素信號(hào)通路，是中國科學(xué)家在光受體蛋白研究方面取得的新突破。

此外，光遺傳學(xué)技術(shù)方興未艾，在神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。由于進(jìn)化上的保守性和受光調(diào)控的特性，CRY2-CIB1系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)運(yùn)用于光遺傳學(xué)領(lǐng)域。BIC1的發(fā)現(xiàn)，在植物以外的生命科學(xué)研究領(lǐng)域，可能會(huì)引發(fā)光遺傳學(xué)領(lǐng)域?qū)﹄[花色素系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和利用。

[段艷芳 據(jù)Science 2016-10-21]

長征五號(hào)首飛成功！中國“奔月”“探火”靠它了

2016年11月3日20時(shí)43分，我國最大推力新一代運(yùn)載火箭長征五號(hào)從中國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空，約30 min后，載荷組合體與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道，長征五號(hào)運(yùn)載火箭首次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

此次發(fā)射成功，標(biāo)志著我國運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代，運(yùn)載能力進(jìn)入國際先進(jìn)行列，是中國由航天大國邁向航天強(qiáng)國的重要標(biāo)志。

據(jù)國家國防科工局、國家航天局介紹，長征五號(hào)運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)了我國液體運(yùn)載火箭直徑由3.35～5 m的跨越，采用5 m直徑芯級(jí)，捆綁4枚3.35 m直徑助推器，全長約57 m，起飛重量約870 t；具備近地軌道25 t級(jí)、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14 t級(jí)的運(yùn)載能力，比現(xiàn)役火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力提升了2.5倍以上。

長征五號(hào)代表了我國運(yùn)載火箭科技創(chuàng)新的最高水平，填補(bǔ)了我國大推力無毒無污染液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的空白，首次采用芯一級(jí)2臺(tái)50 t級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)與4枚助推器各2臺(tái)120 t級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的組合起飛方案，10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火，起飛推力達(dá)1060 t，實(shí)現(xiàn)了我國異型發(fā)動(dòng)機(jī)起飛技術(shù)的重大突破。

長征五號(hào)是實(shí)現(xiàn)未來探月工程三期、載人空間站、首次火星探測任務(wù)等國家重大科技專項(xiàng)和重大工程的重要基礎(chǔ)和前提保障。按計(jì)劃，2017年嫦娥五號(hào)落月采樣返回、2018年發(fā)射空間站核心艙、2020年發(fā)射火星探測器等任務(wù)都將依靠長征五號(hào)來實(shí)現(xiàn)。

據(jù)介紹，長征五號(hào)運(yùn)載火箭工程于2006年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)研制，由國家國防科技工業(yè)局牽頭組織實(shí)施，中國航天科技集團(tuán)公司所屬中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制。遵循“發(fā)展航天、運(yùn)載先行”“運(yùn)載發(fā)展、動(dòng)力先行”的理念，2000年，我國先行啟動(dòng)了120 t級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)和50 t級(jí)液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)研制攻關(guān)，其科研成果直接轉(zhuǎn)化支撐了長征六號(hào)、長征七號(hào)等新型運(yùn)載火箭研制并首飛成功。

此次長征五號(hào)運(yùn)載火箭搭載的是由遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí)和實(shí)踐十七號(hào)衛(wèi)星組成的載荷組合體。這是長征系列運(yùn)載火箭的第238次發(fā)射。

[關(guān)毅 編譯]

“人類壽命極限”引發(fā)爭論

關(guān)于人類到底能夠活多久的爭論幾天前被再度點(diǎn)燃，而導(dǎo)火索便是科學(xué)家在2016年10月5日出版的《自然》雜志上發(fā)表的一篇文章，該研究指出，人類壽命已經(jīng)接近了“天花板”，即人類壽命存在一個(gè)天然極限——均值約為115歲。

目前有記錄的世界最長壽的人是法國老太太Jeanne Calment，她已于1997年逝世，終年122歲。而近20年后發(fā)表的這項(xiàng)新研究無異于“火上澆油”——該研究高級(jí)作者、美國紐約市阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)系教授Jan Vijg與他的同事在對(duì)大型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析后認(rèn)為，人類壽命的增長速度正在變得越來越慢，而這或許緣于深埋在我們基因當(dāng)中的對(duì)于壽命長短的與生俱來的限制。Calment這樣的人只是統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的“異常值”，從概率來看，想要比Calment還長壽，這種概率是極低的。

Vijg和他的同事利用人類死亡率數(shù)據(jù)庫，分析了來自4個(gè)國家(法國、日本、英國和美國)的最長壽的老人是否隨著年代的更迭而變得越來越老，之后他們將這項(xiàng)研究的范圍擴(kuò)大到30多個(gè)國家。

研究人員最終認(rèn)為，大約在20世紀(jì)80年代，人類的最高壽命似乎便開始處于一個(gè)停滯時(shí)期，同時(shí)超過100歲的老人數(shù)量不再有顯著的增加。在伴隨這項(xiàng)研究的一篇評(píng)論中，芝加哥市伊利諾伊大學(xué)人口統(tǒng)計(jì)學(xué)家S. Jay Olshansky也贊同人類預(yù)期壽命在沒有戲劇性醫(yī)學(xué)突破的前提下不可能持續(xù)增加的說法。Olshansky的研究工作一直支持這一觀點(diǎn)。Olshansky甚至懷疑這是否就是人類的極限，或者是否“我們撞上了一個(gè)難于逾越的障礙”。

然而關(guān)于人類壽命的命題遠(yuǎn)沒到蓋棺定論的時(shí)候。長期與Olshansky爭論的德國羅斯托克市馬普學(xué)會(huì)人口學(xué)研究所人口統(tǒng)計(jì)學(xué)家James Vaupel發(fā)表了一項(xiàng)聲明，稱這篇論文是一個(gè)“歪曲”。Vaupel說，這是因?yàn)楸M管這些發(fā)現(xiàn)看起來是貌似有理的，但它們對(duì)于“我們到底能夠活多久并沒有增添任何科學(xué)認(rèn)識(shí)”。Vaupel以日本人為例，該國人口出生時(shí)的預(yù)期壽命一直在攀升，如今已經(jīng)超過了83歲。此外，Vaupel強(qiáng)調(diào)，多年來，科學(xué)家認(rèn)為人類的平均壽命與最長壽命正處于穩(wěn)定水平的開端——只能看到它們緩慢地增長。

自19世紀(jì)以來，人類的預(yù)期壽命一直在穩(wěn)步上升。偶爾還會(huì)有像Calment這樣的“超級(jí)人瑞”(年紀(jì)達(dá)到110歲以上)見諸報(bào)端。科學(xué)家還借助基因技術(shù)或者飲食控制手段，成功使一些實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的壽命大大延長。這些都讓一些科學(xué)家傾向于推斷認(rèn)為，人類壽命可能沒有上限。

但另外一些科學(xué)家則認(rèn)為，人類預(yù)期壽命的上升以及壽命極值都會(huì)迎來“天花板”。在這項(xiàng)新的研究中，科學(xué)家推斷，如果人類壽命沒有上限，那么隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高年齡段老年人的存活率應(yīng)該不斷提高。但數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，1920年，85歲老年人的存活率提升最快；到1950年前后，90歲老年人的存活率提升最快；1980年，99歲老年人的存活率提升最快；但這個(gè)數(shù)值達(dá)到99歲之后，就進(jìn)入了一個(gè)“平臺(tái)期”，僅在緩慢小幅提升。也就是說，1980年之后，盡管醫(yī)學(xué)技術(shù)還在不斷進(jìn)步，99歲以上老人與疾病和衰老抗?fàn)幍摹皠偎恪睕]有太大改觀。

研究小組隨后又分析了人類死亡率數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，法國、日本、美國和英國這4個(gè)“超級(jí)人瑞”人數(shù)最多的國家，在20世紀(jì)70年代至90年代早期間，最長壽者的死亡年齡快速上升，也就是說最長壽者的存活年限不斷延長。但到了20世紀(jì)90年代中期，這個(gè)數(shù)字也進(jìn)入“平臺(tái)期”，穩(wěn)定在114.9歲左右。排在這幾個(gè)國家長壽榜單第二到第五位的人，死亡年齡也出現(xiàn)了同樣的趨勢。另外，專門研究110歲以上長壽老人的國際研究機(jī)構(gòu)“老年醫(yī)學(xué)研究組織”的跟蹤統(tǒng)計(jì)顯示，“超級(jí)人瑞”們截至目前的死亡年齡峰值約為115歲。

Vijg研究小組因此得出結(jié)論認(rèn)為，人類的壽命存在一個(gè)天然極限，這個(gè)數(shù)值約為115歲。而類似法國的Calment這樣的人，只是人口統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的“異常值”。

Vijg本人承認(rèn)，這一結(jié)論令人吃驚，畢竟世界人口仍在不停增長，而且人們的營養(yǎng)和健康狀況在不斷改善。據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站報(bào)道，有些科學(xué)家并不認(rèn)同Vijg小組的結(jié)論，他們認(rèn)為現(xiàn)在就提出所謂人類壽命上限還為時(shí)過早。

[關(guān)毅 編譯]