封面故事：新型显微镜能看到活动中的亚细胞装置

Lattice light-sheet microscopy: Imaging molecules to embryos at high spatiotemporal resolution

由于有一种能够实时捕捉亚细胞活动三维图像的新型显微镜，科学家们能够追踪在脑中形成突触的神经细胞通路，观察受精卵中的发育活动，或对聚集在一起并引起疾病的蛋白的进展进行跟踪，这些都是曾经被认为不可能做到的成像研究的壮举。设计这种新型显微镜的小组成员包括今年诺贝尔化学奖得主之一Eric Betzig。要了解许多生命过程——如那些激励我们的身体向前迈进或使它们出故障的过程——对体内生物过程进行三维成像至关重要。活细胞成像已经取得了许多进展，但即使这样，许多生物学过程仍然发生得过快，且其尺度太小而无法用现有的工具看到它们。当这些显微镜拉近镜头来捕捉更精细的结构细节时，它们会对样本喷出具有损坏性的辐射。这不仅会改变样本，而且成像过程需要花时间-从而损害了显微镜的追踪如有丝分裂等生物学动态过程的能力。如今，一个由Betzig领导的团队描述了一种能解决前述顾虑的显微镜——它能以高速及高分辨率对脆弱生物样品拍摄快照。Betzig等人的方法建立在光片照明显微镜——它已被证明对胚胎中的单细胞成像是有用的——进展的基础之上。然而，常规光片因为过厚而无法在亚细胞成像中发挥功用。因此，Betzig等人使用一种特殊类型的被称作二维光晶格的光束来产生可增快速度的超薄光片，在这种速度下就能捕捉到体内的画面。至关重要的是，二维光晶格还能将光能以一种在某样本上任何单一点上的强度都有所降低的方式散布开来。研究人员用20种不同的生物系统——包括在线虫和果蝇中的胚胎发育——来证明他们所用方法的能力。由于他们的方法比传统成像方法所造成的损害较少而且提高了画面获取的速度，因此它扩大了光学纤维镜能探究生物学问题的范围。（DOI: 10.1126/science.1257998）

考古学家发现早期高海拔人类聚居地

Paleoindian settlement of the high-altitude Peruvian Andes

在秘鲁安第斯山脉中的研究人员发现了也许是美洲最古老的在极端高海拔处有人类存在的证据。他们发现的遗址位于海拔近4500米高度，这些遗址建立于1万2000多年前的晚更新世期间。这一发现改变了有关人类适应高海拔环境的的认知，提示这种情况可能比先前认为的发生得更快或更早。高海拔地区属于考古学研究最少的地方，而人类在这些地方——其特征是低氧、高太阳辐射及气温寒冷——生存有多早仍然是人们不甚了解的。有些人提出，人类必须在基因上经过数千年的适应。而另外一些人则说环境改变——如冰川的消退——是必要的。Kurt Rademaker等人报告了来自两个高海拔安第斯山脉遗址的史前器物，这些遗址上曾经住过狩猎采集者。在第一处遗址Cuncaicha——被认为是一个基地营——研究人员发现了各种工具、动物的骨头及作为食物的根茎。第二个更高海拔的遗址是Pucuncho盆地——这里是骆马的家园；骆马是一个可预测其活动时间的适应于高海拔的美洲驼亲缘动物。研究人员说，这里对打猎是理想的。对这两处遗址的东西进行测年帮助该研究小组将这些地方的器物存在时间确定有1万2000多年（更新世）之久。这些结果对先前的人类适应于极端环境的观点提出了挑战。例如，该地区的冰川实际上从来没有到达过Pucuncho盆地，因此从来没有因为冰川消退而给人类创造一个可迁徙至那里的空地；但他们还是迁徙到了那里，提示气候变化并非成功定居所必需。此外，在Pucuncho盆地的史前器物提示只是在他们最初进入南美的2000年内在那里定居的，表明人类不需要很长的时间来适应环境。人类适应极端环境的研究对了解我们生存的文化和遗传能力是至关重要的。（DOI:10.1126/science.1258260）

入侵蜥蜴驱动了快速演化

Rapid evolution of a native species following invasion by a congener

蜥蜴最近对美国东南地区的入侵证明，当两种关系密切物种竞争时，演化性改变会快速发生。尽管生物学家认为，这种竞争常常会驱动快速演化，但在野外得到记录的该类案例却惊人地罕见。但Yoel Stuart及其同事在一组佛罗里达小岛上发现了一个极佳的例子——在那里一种叫做Anolis carolinensis的蜥蜴在Anolis sagrei蜥蜴入侵之后被迫迁移到较高的树上栖息。在入侵者到来的岛屿上，Anolis carolinensis蜥蜴演化出了较大及较粘的趾垫来帮助它们更好地立足于其较高的栖息处-这一改变仅仅花了20个世代或约10年时间。在那些没有sagrei种入侵蜥蜴的岛屿上，carolinensis蜥蜴的趾垫则维持原样。研究人员提出，除了提供了一个实时演化的例子之外，这些蜥蜴还能帮助环境保护人士更多地了解本地物种可对入侵物种做出适应性变化的方式。（DOI:10.1126/science.1257008）

蕨类植物的性别比例是通过合作决定的

Antheridiogen determines sex in ferns via a spatiotemporally split gibberellin synthesis pathway

据Junmu Tanaka及其同事所做的一项新的研究披露，个体蕨类植物群落通过一种复杂的化学信息联系系统来维持最佳的雄性和雌性平衡。在日本攀缘的蕨类植物中，植物荷尔蒙吉贝素会促进雄性器官的发育。研究人员发现，早熟的蕨类植物会表达某些启动需要但完成不需要的产出吉贝素的基因，这使得它们处于雌性状态。但是，由那些蕨类植物表达的该吉贝素前体受到了修饰并接着释放到了环境之中，在环境中，该激素会被那些成熟较晚的蕨类植物吸收。这些晚熟的个体会表达“解码”这一前体所需的酶并完成吉贝素的合成以产生雄性器官。如Tai-ping Sun在一则相关的《视角》文章中所讨论的，人们需要做进一步的研究来查明这类个体之间的化学信号传导是否会帮助确定其它类型植物种群中的性别比例。（DOI:10.1126/science.1259923）

成长的烦恼

Show me the money

2008年，中国政府启动了一项吸引外国人才来华的新计划：该所谓的“千人”计划旨在于5-10年中招募多达2000名的一流科学家、企业家及金融专家去中国。中国的大学会帮助招募这些学者并有时会给予金钱上的奖励，其部分会成为被招募学者的工资，而剩余部分则会分配给其他的教职员。在本期《科学》的一篇文章中，特约编辑Mara Hvistendahl揭示了一位从英国招募的德国出生的理论物理学家在其与“千人”计划5年合约的第一年中开始怀疑他的拨款中有很大的部分被转为它用。一个受雇调查该事件的法律团队确实发现了不一致的地方；例如，一些欠该科学家的钱被用来为不相关的研究购买设备。此前，这位科学家的妻子发现，该科学家合同的英文版与中文版是不同的。虽然参加该计划的研究人员说，这一计划证明是富有成效的，但采访其他在外国出生的“千人”计划所聘请的学者提示，对以他之名所发放的钱缺乏了解并非只有该德国物理学家一人。例如，被采访的5位学者中有4人没有得到该计划保障的一次性津贴。Hvistendahl写道：“就在中国正在花大量的钱从世界各地招募有才华的科学家之时，这些故事不啻为‘一种警示。”（DOI:10.1126/science.346.6208.411）