在本周的新闻快讯中，我们听到了一种新药，它可以帮助心力衰竭患者更加活跃，探索对抗阿尔茨海默病的最新进展，并发现鸣禽是如何惊人地迅速。此外，我们还发现了所有牙齿的遗传根源，以及它能告诉我们的羽毛和皮毛的进化……
在这一集里
分子肌肉从血红蛋白中释放更多氧气，以提高表现和防止心力衰竭
科学家们已经开发出一种新的分子，可以刺激血红蛋白(血液中的红色含氧色素)更容易地释放氧气，从而增强肌肉力量。
在本周的《美国国家科学院院刊》上，波士顿大学医学中心的研究员安德烈亚·比奥罗和她的同事描述了一种新的分子ITPP——肌醇三焦磷酸——它可以通过穿透红细胞并锁定其中的血红蛋白分子来模拟人体适应高海拔的方式。这会导致血红蛋白分子稍微改变形状，从而放松它们对从肺部吸收的氧分子的控制。结果，细胞更容易将氧气释放给组织。在健康小鼠身上进行的试验表明，与未接受治疗的小鼠相比，接受itpp治疗的小鼠的运动耐力提高了50%。
但更令人鼓舞的是，当这种药物用于患有遗传性心力衰竭(扩张型心肌病)的动物时，它们的运动能力提高了70%，因为动物的肌肉能够在较低的血流量下获得所需的氧气，因此对心脏的需求降低了。研究人员说，这可能是一种非常有效的方法，可以改善因心力衰竭而残疾的患者的生活，特别是因为ITPP似乎在实验小鼠中具有口服活性。但在人体试验开始之前，他们首先需要证明这种药物是安全的。
阻止老年痴呆症的新方法
科学家们发现了两种阻止阿尔茨海默病进展的新方法。这两项独立的研究，一项来自比利时鲁汶天主教大学的研究人员小组，发表在《科学》杂志上，另一项来自美国贝塞斯达的国家卫生研究院团队，发表在《科学》杂志上PNAS研究的重点是一种名为-淀粉样蛋白的蛋白质的形成机制，以及它是如何损害细胞的。-淀粉样蛋白在阿尔茨海默病患者的大脑中不断积累。
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| 老年斑的组织病理学图像在大脑皮层的阿尔茨海默病患者的老年前发病。银浸渍。©KGH |
在《科学》杂志的论文中，Amantha Thathiah和他的同事们使用了一种基因技术来寻找化学信使，当这些信使被添加到细胞中时，会增加β -淀粉样蛋白的产生。利用这种方法，他们能够锁定一种叫做G蛋白偶联受体3 (GPR-3)的信号分子，这种信号分子会激活一种叫做γ分泌酶的酶，这种酶反过来又会产生β淀粉样蛋白。正如研究小组所料，关闭该分子可以减少-淀粉样蛋白的产生，同时提高其水平，增加-淀粉样蛋白。令人鼓舞的是，GPR-3只在大脑中表达，这意味着有可能设计出一种药物来选择性地靶向这种受体，从而最大限度地减少副作用，而这些副作用一直困扰着早期的抗阿尔茨海默病药物策略。
与此同时，胡安·卡洛斯·迪亚兹和他的同事在《美国科学院院刊》上发表的论文验证了一种理论，即大脑中积累的β -淀粉样蛋白通过在神经细胞膜上形成新的毛孔来损害神经细胞。这些毛孔允许钙流入细胞，导致细胞过度兴奋而死亡。为了解决这个问题，研究小组设计了两种新的药物分子，专门用来堵塞这些假想的毛孔。
研究小组在培养的细胞中单独加入-淀粉样蛋白或-淀粉样蛋白加上两种阻断药物中的一种，并使用敏感的测量技术来监测钙流入细胞的情况。仅与β淀粉样蛋白孵育的细胞在钙流入之前显示出高水平的细胞死亡。但是，用这两种新化合物处理过的细胞显示出与未处理的对照细胞相同的存活率。
研究人员说:“如果淀粉样蛋白的神经毒性机制是有毒钙通道的形成，那么从逻辑上讲，阻断这些通道的化合物可以被认为是阿尔茨海默病的候选药物。”
唱一首远方的歌
科学家们发现，鸣禽在迁徙过程中的飞行速度比以前认为的要快得多。
在本周的《科学》杂志上，加拿大约克大学的研究人员布里奇特·斯图奇伯里和她的同事们追踪了两种候鸟——画眉和紫燕的迁徙过程。研究小组将这些鸟困在它们的家乡宾夕法尼亚州，并给它们配备了微型地理定位背包。这些设备持续记录光照水平，允许佩戴的鸟类根据日出和日落时间精确定位，当然，日出和日落时间在地理上是不同的。一旦被贴上标签，这些鸟就被释放，开始了它们飞往南美洲的冬季迁徙。
第二年，当这些鸟回到它们在美国的交配地点时，研究小组重新捕获了其中的一些，并从地理定位器中下载了数据，从而可以追溯这些鸟走过的路线和在什么时间段内走过的路线。
“以前从来没有人能够跟踪鸣禽的整个迁徙之旅，”研究作者布里奇特·斯图奇伯里说。先前的估计认为这种鸟的飞行速度约为每天93英里(150公里)，但新的研究结果表明，它们的飞行距离是这个数字的三倍多。它们在春季返回交配的速度也比在向外迁徙的时候快了六倍，在这段时间里，第一个返回有竞争优势，因为早到的企鹅可以获得最好的巢穴和最多的食物。
即便如此，研究人员还是对结果感到惊讶。“我们被鸟儿春天的返乡时间惊呆了。4月12日有一只鸟离开巴西，并在月底回家，这真是令人震惊。我们一直以为他们会在3月份的某个时候离开。”研究人员还发现，在秋季迁徙期间，长时间的中途停留很常见。紫燕是燕子家族的一员，在继续前往巴西之前，它们在尤卡坦半岛停留了三到四周。10月下旬，四只画眉鸟在穿越墨西哥湾之前在美国东南部停留了一到两周，另外两只在尤卡坦半岛停留了两到四周，然后继续迁徙。
从保护的角度来看，这项工作非常重要。斯图奇伯里指出:“全世界鸣鸟的数量已经下降了30到40年，所以人们对它们有很多担忧。”“追踪鸟类到它们的越冬区对于预测热带栖息地丧失和气候变化的影响也至关重要。到目前为止，我们在很多方面都被束缚住了手脚，因为我们不知道这些鸟要去哪里。它们会消失，然后在春天回来。现在有机会了解他们的旅程真是太好了。”
所有牙齿的遗传根
Todd Streelman博士，
同样在本周的新闻中，亚特兰大佐治亚理工学院的研究人员发现了所有牙齿的基因“根”!
通过观察一种叫做慈鲷的鱼，这种鱼的嘴巴和喉咙上都有牙齿，他们注意到两组牙齿的发育是由同一组基因控制的。同样的基因也可以控制羽毛和毛发的生长模式，因此可以为过去一些重大的进化变化提供更多的线索。
托德·斯特里曼博士，本周《科学公共图书馆》论文的作者之一，现在加入我们……
托德:我们研究了一种来自东非马拉维湖的非常独特的鱼类。它们的迷人之处在于，它们表达了各种各样的东西，比如颜色图案、大脑功能和牙齿。我们能够利用这种自然的多样性来开始提出这样一个问题:它们是如何在身体的两个不同的地方长出牙齿的。一旦我们找到了答案，我们就把这些信息与文献中的大量信息结合起来，试图了解很久以前牙齿是如何形成的，同时也试图了解我们目前所知道的所有牙齿之间的共同点。
克里斯:告诉你牙齿最初来自哪里的基因线索是什么?
托德:这是许多人不知道的有趣的事情之一，牙齿和颌骨的共同进化史。首先是牙齿:大约5亿年前，牙齿在没有下颚的生物体中进化而来。有趣的是，它们首先在喉咙深处的咽部进化。然后它们也在口腔颌上进化，我们脸前面的颌，当颌在脊椎动物历史上第一次出现的时候。正如你们所想象的，我们研究过的鱼类它们的牙齿都长在口颌上，但它们的牙齿也长在祖先的位置。我们使用了一种叫做原位杂交的技术，这是一种观察基因何时何地活跃的方法。我们研究了一些分子，我们有一些暗示可能与牙齿有关。我们确定了两件事。我们发现了这组古老的基因而这组古老的基因就是在牙齿形成时存在于咽部的一组基因。其次，我们确定了一组核心基因。 That core set represents the gene at work that's active in all teeth. From the fishes we study to shark, to mice and in your teeth as well.
克里斯:当你研究早期人类胚胎时，你可以看到与我们身上发生的鱼类发育相同的痕迹。我们在发育的某个阶段也会长鳃，不是吗?我们有这些支气管弓，其中一些变成了我们的耳膜和扁桃体。鱼本来是有鳃的，但在鳃上叠加的是这种形成牙齿的基因模式。
托德:没错。在进化生物学中有一个非常古老的规则，叫做个体发生，概括了系统发生。这只是意味着，粗略地说，如果你观察一个当代生物，观察它的发育你可以通过研究它发育的早期阶段来了解一些进化的痕迹。这是我们利用的东西之一。我们还能够识别出活跃在这些喉部牙齿上的祖先网络和活跃在大多数生物的口腔下颚上的核心网络之间的一些差异。我们认为这些可能是一些基因告诉我们牙齿在5亿多年的进化过程中发生了一些变化。例如，在我们研究的鱼类中，它们大约每50-100天更换一颗牙齿。这是我们认为的事情之一，其他人也认为，这将牙齿与羽毛和毛发等其他结构联系起来，这些结构也具有再生能力。你的牙齿只换一次，但其他哺乳动物从不换牙齿。这些是牙齿在进化过程中丢失的部分。 Some of those interesting regenerative capacities are still present in both the pharyngeal and oral teeth that we studied.
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