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冰層消退與北極科研條件的變化

2010年冬天，加拿大北極的部分地區(qū)變暖的紀(jì)錄被再次打破。哈德遜灣珊瑚港，一月份中連續(xù)幾天的氣溫有記錄以來(lái)首次上升到零度以上。整個(gè)北極地區(qū)，極端氣候條件已正成為常態(tài)。自1979年開(kāi)始北極衛(wèi)星觀測(cè)以來(lái)，九月份海冰的覆蓋面積以每十年12%的速度遞減。尤其是過(guò)去的五年，覆蓋面積已降至歷史最低值。海冰層正變得越來(lái)越薄，這使得其對(duì)氣溫上升更敏感、更脆弱。氣象模型預(yù)測(cè)，在本世紀(jì)下半葉，夏季海冰將大范圍消失。然而，目前冰層的消失速度已超過(guò)了模型預(yù)測(cè)，這表明海冰消失將更快出現(xiàn)。

根據(jù)“聯(lián)合國(guó)海洋法公約”，國(guó)家可以要求在北冰洋海底資源的權(quán)利，根據(jù)的海岸線和海底地質(zhì)。地圖（右）上的深灰色陰影代表每個(gè)國(guó)家現(xiàn)有的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，從而延長(zhǎng)其海岸線370公里。明亮陰影描繪哪些國(guó)家有資格要求的擴(kuò)展地區(qū)。北極國(guó)家中僅有俄羅斯和挪威已經(jīng)提交了他們的請(qǐng)求。

北極下厚厚的沉積巖中可能發(fā)現(xiàn)地球上最大石油儲(chǔ)量。高油價(jià)正推動(dòng)著石油公司不斷向北挺進(jìn)，正在進(jìn)行鉆探或計(jì)劃封鎖格陵蘭海岸和卡拉，巴倫支海和楚科奇海。

北極的冰在融化，過(guò)去很多關(guān)于應(yīng)該怎樣在北極圈內(nèi)進(jìn)行科研工作的假設(shè)也隨之消失了。本期雜志將審視這些變化如何影響北極的科學(xué)探索工作，科學(xué)家應(yīng)如何保持北極地區(qū)可持續(xù)和和平發(fā)展。人們正呼吁建立國(guó)際法規(guī)，以建立一個(gè)安全環(huán)境，確保船舶通行量有序增加。北極研究和發(fā)展都應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)厝嗣竦囊庖?jiàn)，科學(xué)家們正在學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。當(dāng)?shù)厝嗣窨梢蕴岢鏊麄儗?duì)環(huán)境變化的見(jiàn)解，科學(xué)家們可以幫助他們，讓他們的聲音被社會(huì)所知曉。

北極地區(qū)的國(guó)際科學(xué)合作有著悠久傳統(tǒng)，這種傳統(tǒng)必須保留并發(fā)揚(yáng)光大。即便在該地區(qū)的國(guó)家推動(dòng)“聯(lián)合國(guó)海洋法公約”下的領(lǐng)土要求的情況下，都應(yīng)該堅(jiān)持和發(fā)揚(yáng)這種傳統(tǒng)。各國(guó)應(yīng)共同努力，比如通過(guò)北極理事會(huì)，以確保所有國(guó)家的研究人員均能獲準(zhǔn)進(jìn)入北冰洋的所有地區(qū)。

同時(shí)，科學(xué)家應(yīng)在數(shù)據(jù)收集后盡快上傳至公共數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息及時(shí)共享。北極正在發(fā)生著比地球其它地區(qū)更為迅猛的變化。富含碳的永久凍土層融化，隨著冰層的消失，暴露出的黑色土層和水將吸收更多的太陽(yáng)熱量，因此北極地區(qū)的變化將有可能對(duì)地球氣候產(chǎn)生巨大的影響?？茖W(xué)家們時(shí)刻關(guān)注著這些問(wèn)題。

破冰船LouisS. St-Laurent號(hào)（上）和Healy號(hào)（下）正在進(jìn)行為期多年的國(guó)際北極考察以繪制北極大陸架。

嚴(yán)重肥胖和體重不足的病因可能互成鏡像

體重不足和肥胖都與死亡率上升存在著聯(lián)系。雖然肥胖已被與若干種基因變異體聯(lián)系在一起，而人們對(duì)體重不足的遺傳基礎(chǔ)卻知之甚少。現(xiàn)在，對(duì)來(lái)自歐洲和北美28個(gè)細(xì)胞遺傳中心的數(shù)據(jù)所做的一次大規(guī)模分析顯示，體重不足經(jīng)常與16號(hào)染色體上一個(gè)短的區(qū)域的復(fù)制相關(guān)。同一染色體區(qū)域的刪除以前曾被與肥胖癥聯(lián)系在一起。所觀察到的相關(guān)表現(xiàn)型與該位點(diǎn)基因刪除的攜帶者中所報(bào)告的表現(xiàn)型是相對(duì)的或成鏡像關(guān)系的，與該復(fù)制區(qū)域內(nèi)的基因的轉(zhuǎn)錄水平的變化相關(guān)聯(lián)，而不是與相鄰區(qū)域內(nèi)基因的轉(zhuǎn)錄水平的變化相關(guān)聯(lián)。這表明，嚴(yán)重肥胖和體重不足可能有互成鏡像的病因，并且可能是由能量平衡的相反效應(yīng)造成的。

保障糧食生產(chǎn)和減少環(huán)境影響

今后，持續(xù)增長(zhǎng)的人口、不斷增長(zhǎng)的收入、肉類和乳制品消費(fèi)的增加、以及生物燃料使用的不斷擴(kuò)大，都將對(duì)世界農(nóng)業(yè)和自然資源產(chǎn)生前所未有的需求。在這種背景下，我們能否滿足不斷增長(zhǎng)的食品需求同時(shí)減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的破壞？在本期的一篇“分析”文章中，一個(gè)由環(huán)境和農(nóng)業(yè)科學(xué)家組成的國(guó)際小組對(duì)這一問(wèn)題做出了肯定回答，但要做到這一點(diǎn)將是不容易的。利用新的地理空間數(shù)據(jù)和模型，他們?cè)u(píng)估了新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式何以能夠?qū)Z食生產(chǎn)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展都有利。他們識(shí)別出能夠使糧食產(chǎn)量加倍同時(shí)減少環(huán)境影響的四個(gè)策略：第一，停止農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)張；第二，縮小低產(chǎn)農(nóng)田的“產(chǎn)量差距”；第三，提高收成；第四，我們需要改變自己的飲食習(xí)慣，使糧食生產(chǎn)能夠減少浪費(fèi)，即減少用作牲畜飼料、用來(lái)生產(chǎn)生物能源和用于其他非食物應(yīng)用的糧食用量。

14世紀(jì)歐洲“黑死病”死者基因組得到重建

DNA恢復(fù)技術(shù)和序列分析技術(shù)的進(jìn)步已將古代物種的基因分析范圍拓展至全基因組水平，并且該技術(shù)具有很好的可靠性，快速成為一種標(biāo)準(zhǔn)方法。該技術(shù)發(fā)展對(duì)于流行病研究具有重大促進(jìn)意義，因?yàn)樵摷夹g(shù)為古代微生物基因組研究提供了可靠的方法，古代微生物基因組研究有助于解釋在消失和再次傳染過(guò)程中致病菌的進(jìn)化和適應(yīng)的機(jī)制。加拿大麥克馬斯特大學(xué)生物系和德國(guó)圖賓根大學(xué)考古科學(xué)研究所的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)利用最新DNA恢復(fù)和測(cè)序技術(shù)重建在14世紀(jì)造成蔓延歐洲各地“黑死病”（淋巴腺鼠疫）疫情的鼠疫耶爾森菌（Yersiniapestis）的基因組（平均覆蓋率為30）。該基因組是用從位于倫敦EastSmithfield的皇家造幣廠所在地的一個(gè)大墓地挖掘出的四個(gè)人的殘骸提取出的全部DNA重建的，這個(gè)墓地在1348年和1349年掩埋了超過(guò)2000個(gè)死于鼠疫的人。本期封面所示為1987年原皇家造幣廠所在地的發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)?；蚪Y(jié)構(gòu)和多樣性分析表明古老致病菌是大多數(shù)現(xiàn)代菌株的祖先，所有鼠疫耶爾森菌與祖先節(jié)點(diǎn)非常相近的位點(diǎn)通常與人類傳染有關(guān)。時(shí)空分析表明引發(fā)1347年至1351年間的黑死病的主要?dú)v史事件是祖先基因在致病菌間廣泛傳播，這進(jìn)一步說(shuō)明現(xiàn)代鼠疫耶爾森菌流行病起源于中世紀(jì)?，F(xiàn)代基因組比較分析揭示，中世紀(jì)致病菌沒(méi)有獨(dú)特的衍生位點(diǎn)，這表明黑死病期間致病菌毒性的表觀增加可能不由細(xì)菌表現(xiàn)型引發(fā)。這些發(fā)現(xiàn)支持了鼠疫耶爾森菌流行的前提條件應(yīng)當(dāng)是環(huán)境、載體變化和宿主抵抗力等因素，而不是微生物基因的觀點(diǎn)。