COVER Ecologist Roman Dial goes to great lengths to perform an ecological survey of mountain ash trees (Eucalyptus regnans) in an Australian forest. Researchers making similar efforts globally help us understand and monitor the health of forests as they face increasing challenges in our changing world. See page 800.

Photo: Bill Hatcher/National Geographic Creative

细菌防御机制触发器的发现可能带来新的抗生素

科学家利用有关控制细菌防御的一种蛋白质的新发现，揭示出了致病细菌盔甲上的一条裂缝。

细菌用一批防御机制对有压力的情况做出反应，这些情况诸如用完了营养物质、被抗生素攻击，或者遇到了宿主的免疫系统。这些机制包括构建一个抵抗性的外套、在它们的表面生长出防御性的结构，或者制造酶从而分解攻击者的DNA。

这项新的研究表明，一种叫做sigma54的蛋白质抑制着细菌的防御，直到它遇到压力，这时这种蛋白质重新排列了它的结构从而触发这些防御，使其发挥作用。sigma54控制的防御的范围如此广泛，以至于科学家正在迅速着手了解如何抑制它的作用并使细菌的一些盔甲无效化。

由英国伦敦帝国理工学院的科研人员与中国北京大学、美国宾夕法尼亚州立大学以及美国威斯康星大学麦迪逊分校的合作者在今天（2015年8月21日）出版的《科学》杂志上发表了这项研究的发现。

科学家已经知道了sigma54的存在，但是在这项新的研究中，这个研究组使用英国的国家同步加速器装置——设在牛津郡的钻石光源中心（Diamond Light Source ）——探索了sigma54细微的结构和功能

一种叫做RNA聚合酶（RNAP）的细胞机器是让细菌发挥功能的关键。在这项研究中，这个研究组使用钻石光源膜蛋白实验室的先进的能力，首次看到了sigma54如何指引RNA聚合酶（RNAP）附着在细菌DNA上，在那里它做好了建立细菌防御的准备。

RNA聚合酶（RNAP）-sigma54复合体只有在被激活的时候才会工作，科学家长久以来一直试图弄清楚sigma54如何在分子水平上约束RNA聚合酶（RNAP）。他们希望，理解RNA聚合酶（RNAP）是如何受到控制的，这最终将会带来让细菌防御机制失效的新方法以及能够杀死细菌的新化合物。

该研究的主要作者、来自英国伦敦帝国理工学院结构生物学中心与医学系的Xiaodong Zhang教授说：“细菌越来越多地发展出对抗生素的耐性，随着结核病等疾病的耐药株的出现，我们迫切需要找到应对这个问题的新方法。”

她还说：“RNA聚合酶（RNAP）机器对于细菌发挥功能绝对是关键，在我们的新研究里，我们已经发现了sigma54使RNA聚合酶（RNAP）机器沉默的多个策略。如果我们能够找到利用sigma54的能力去控制细菌的防御的方法，那么我们就有可能抑制细菌发挥正常功能，或者阻止它们进行自我防御。我们正处在这项研究的早期阶段，但是如果我们最终能够成功，我们可能让药物再次具有优势。”

该研究的共同作者、来自英国帝国理工学院生命科学系的Martin Buck教授说：“许多重要的细菌，诸如沙门氏菌和克雷伯氏菌，依赖于这种机制引发它们的压力应答和防御，这让操纵这种机制的前景变得更加诱人。联合使用sigma-54和RNA聚合酶（RNAP）去控制这些防御，看起来是一种既非常古老又极为复杂的控制基因表达的策略。”

在过去的四年里，英国的生物技术与生物科学研究理事会（BBSRC）资助了此项研究，在这些发现发表之后，英国医学研究理事会（MRC）授予了另一项资助，用于探索包括沙门氏菌和克雷伯氏菌在内的病原细菌的控制性基因。

这种蛋白质的结构是由钻石光源中心的实验确定的，帝国理工学院与钻石光源中心合作运行了该机构的这个膜蛋白质实验室。这个先进的实验室是一个科研与训练机构，为对利用X射线晶体学解决膜蛋白3D结构感兴趣的科学家服务。

专家在生物武器威胁方面没有共识

在环绕评估生物武器威胁时所持续遭遇的困难中（尤其是考虑到经验数据有限时），Crystal Boddie和同事另辟蹊径来估测其危险，这就是使用专家们的集体判断。在本期的《政策论坛》中，研究人员解释了他们是如何运用一项“德尔菲法”研究来询问59位专家的信念和意见，以期评估生物武器威胁及错将科研用于生物武器研发的可能性。在询问专家们的问题中，Boddie等人就生物武器攻击中最可能的角色或使用的生物制剂、情报部门预测这种情况的发生以及生物性预防试验是否合适等向他们发出了探询。被询问者的经历和专长各异，因为他们的意见也不相同；例如，那些接受生物学家训练者会比其他被询问者认为使用生物武器的可能性较低。而那些年龄过50岁的专家会比那些X世代及/或千禧世代的专家（年龄21岁至49岁）认为发生生物武器攻击的可能性会更大。这些结果凸显了权威人士之间在生物武器威胁方面所存在的分歧。作者们说，专家的不同意见会让与生物武器相关研究被误用的风险评估以及研发一种用于合法双重用途研究的监管系统变得更为困难。

寻找暗物质和暗能量的组分

两则新的报告推进了鉴别暗物质和能量成分的工作，暗物质和能量的结合组成了大约95%的宇宙，然而它们给科学家们留下了诸多想象。这两项实验说明，有关宇宙发育的基本问题可通过实验室规模的试验来解答。在第一篇报告中，Elana Aprile和同事（他们是XENON合作组织成员）报告了他们对暗物质的寻找；暗物质是一种假设的物质，它是从其对可见物质的引力影响而推断存在的。尽管引力过程被认为涉及标准模型粒子（如中微子和光子），但更多有关形成我们宇宙物理过程的近来研究提示，新的像WIMPs（或称：弱相互作用大质量粒子）等类型粒子也参与该过程。测试这一概念的实验对所提的这些暗物质粒子如何与标准类型粒子相互作用进行了观察；例如，当WIMPs与标准模型粒子相互作用时，它们会产生一种反冲带电粒子，它们可在位于意大利的地下XENON100探测器上被看到。Aprile和同事在此应用这一仪器（这是一大罐作为WIMPs轰击目标的液态氙）来检测反冲所产生的独特信号。因为没有特别信号的证据，他们的结果对所提的数种类型的候选暗物质设立了限度。

Paul Hamilton等人寻找一种被称作变色龙场的假想场力（这是最出名的候选暗能量之一）——它被认为是驱动宇宙扩张的一种力量。科学家们寻找变色龙场已经大约有10年了，该场力会改变物质的波函数。Hamilton等人在此用一种光脉冲的原子干涉仪来寻找这些场力的来源。他们的实验大规模地约束了现有的暗能量理论。由Jörg Schmiedmayer和Hartmut Abele撰写的一篇《视角》对这两篇报告提出了更多的见解，它们所涉及的是当今物理学的某些最紧迫的问题。

文字说明: 艺术家对这一实验的印象。真空室中的情况及用单个原子（紫色的点）作为探针模拟寻找暗能量的空虚空间的情况。

资料来源: Simca Bouma

人类作为捕食者：对成年猎物和肉食动物的不可持续性胃口

人类只是这个世界上许多捕食动物之一，但一项新的研究凸显了为什么人类将成年猎物（以及其它食肉动物）作为目标并将其猎杀的强烈倾向让人类与其它捕食动物有着显著的区别。由于人类会猎杀处于生殖鼎盛期的其它物种，这对陆生和海洋系统都具有深远的影响——这些影响包括广泛的物种灭绝及食物网和生态系统的重建。为了评估人类捕食与动物捕食的本质，Chris Darimont等人对全球海洋和陆地环境中的2125种食肉动物进行了调查。结果显示，人类与其它捕食动物相比，其猎食其它成年动物的比率最高可达到14倍，他们对陆生食肉动物和鱼类资源的开采尤为强烈。在水产业中，作者们发现，人类的捕食效应在大西洋中尤为明显，对此他们提出这是长期大规模开采的结果，它反映了为什么猎物丰度低下会驱动更为激进的开采。人类独特的捕食行为对生态系统会有显著的影响——例如，通过变更其它物种的形态和生活史表型，改变群体的生殖潜力，以及通过转变食物网的生态相互作用而产生显著影响。由Boris Worm通过其撰写的一篇《视角》审视了人类倾向于捕获更大猎物的行为及其影响。