7月5日Science雜志精選

封面故事：埃平森林的農田鳥瞰圖景

　　英國全國范圍的研究揭示了得到土地終極價值的策略

　　一項新的研究強調，通過考慮土地的多種用途——并不只是那些像農業生產這種會產生眼前利益的用途——我們賴以生存的土地最終會產出更多的價值。組成我們多種生態系統景觀的樹木、土壤、平原和水路會產生讓社會受益的范圍廣泛的服務，其中包括溫室氣體的封存、防洪、開放式獲取的娛樂以及野生物種的多元性。然而，有關如何使用土地的決定常常忽略了這些服務，而只是專注于市場價值，像如何讓農業產出最大化等等。確實，在英國，農業占了近75%的土地使用。

　　Ian J. Bateman及其同事應用英國的國家生態系統評估(NEA)——這是一個對區域生態系統進行的深入的長達數十年的評估——的詳細資料證明了專注于比市場更廣泛的目標會如何改善土地對社會的價值。應用高分辨率NEA數據，研究人員設計了土地使用決策的驅動因子與后果的模型。Bateman及其同事用這些模型來預測在2060年時可預見的6種不同的土地使用的可能后果。作為這一項目的一部分，生態系統服務(如物種多元性的增加)及與土地耕種使用(如物種多元性的降低)有關的外部效應被轉換為經濟學術語，從而使得這些非市場物品能夠與市場品種做直接的比較。該團隊分析的結果揭示，僅僅關注于農業的決定會通過造成更多的溫室氣體排放及較少的娛樂機會及其它外部效應而降低生態系統服務的總體價值。為了找到解決方案而設立的的情景顯示，土地價值的顯著增加可從仔細納入所有可能服務價值——包括生態系統服務——的策略而獲得。確實，建模預測顯示，土地價值的大幅改善可僅僅通過土地使用的適度改變而獲得;例如，將相對少量的土地從農用轉變為公共休閑會使得農作物價值有相對較小的損失，但與此同時卻會產生一個大得多的增加娛樂的價值。這一創新研究——它展示了將自然科學和經濟價值與土地使用決策相結合的力量——并非限于局部的規模，而是顯示了其在國家范圍內的應用潛力。

　　大腦的甲基化圖譜

　　Global Epigenomic Reconfiguration During Mammalian Brain Development

　　我們基因的表達可能會受到我們DNA上的特定標記的影響，例如那些通過對特定核苷酸堿基對的甲基化而被賦予的標記——這一過程被稱為表觀遺傳學過程。科學家們現在提出了一個詳細的圖譜用以闡釋在發育中的哺乳動物大腦中的甲基化如何隨著時間的推移而變化。在我們很小的時候及在我們的神經環路正在成形時，DNA 甲基化會發生在我們大腦的神經元中;事實上，甲基化被認為與腦發育、學習及記憶等方面有關聯。與此同時，盡管人們對發育時的表觀遺傳修飾一直有很大的興趣，但很少有研究對其特點進行描述。

　　現在，Ryan Lister及其同事用一種新的方法分析了在小鼠及人類腦發育中的全基因組范圍內的DNA甲基化改變，而不是像許多過去做過的研究那樣僅僅關注甲基化的熱點。通過考察在多個發育階段(胎兒、出生后早期及成年時)的神經元，研究人員繪制出了由DNA甲基化的特殊類型所致的基因組范圍內的修飾，其中包括DNA 胞嘧啶甲基化(5mC)，以及衍生的甲基基團，mCH。他們用這一圖譜確定了腦中甲基化的幾個有趣的特征，其中一個是，在人的頭2年生命中，mCH在其神經元中有明顯的積累，此后有所減緩，但最終會在成年人中成為最常見的甲基基團。在人類神經回路發育最快時(當我們非常小的時候)的mCH的普遍性提示，這一表觀遺傳影響在早期發育中是重要的;事實上，這種甲基化被刪除的未出生的小鼠會出現運動缺陷并死亡。由Lister等人所做出的這一發現及其它發現提示，甲基化標記在大腦發育的過程中是呈動態存在的。在此創建的基因組范圍內的圖譜為人們更深入地了解大腦中的表觀遺傳修飾如何帶來完全分化的神經系統鋪平了道路。這項研究的結果還將為今后的針對大腦中DNA甲基化的研究提供一個有用的參照工具。

　　人類腸道微生物群有多穩定?

　　The Long-Term Stability of the Human Gut Microbiota

　　研究人員研發出了一種改進了的、用來分析在我們腸道中和平相處的細菌群落的技術，這使得他們能夠對這些細菌群落隨著時間的推移而呈現的穩定性有所了解。對于為了長期的健康干預而用這些多樣的微生物作為標靶而言，定義人類腸道微生物群落的穩定性是至關重要的。然而，科學家們對有關這些微生物株在我們腸道中是多么難以撼動卻知之甚少。現在，Jeremiah J. Faith及其同事研發出了一種測序方法來準確追蹤這些菌株。他們用這種被稱作LEA-seq的方法對37人的糞便中的微生物群落進行了采樣，他們中有4 人當時正在參加一個為期32周的進食流質飲食的項目，而其余的人則按其喜好進食。Faith及其同事發現，在采樣者中有60%的細菌菌株在長達5年的時間中仍然保持著穩定。

　　研究人員估計，某些菌株甚至會持續不變幾十年。通過評估這些人的微生物株的隨著時間的推移而改變及/或當那些吃特別飲食而減肥的人的微生物株的改變，研究人員發現，體重減輕對微生物株組成的改變比時間的推移要有更明顯的影響。這表明，腸道微生物群的改變可作為宿主健康及功能的標志物。通過比較相關及不相關個體的全部微生物基因組，研究人員還發現，家庭成員共同擁有某些相同的微生物株，提示我們在很早的時候通過我們的父母而得到的微生物株能夠為我們整個一生提供他們的代謝產物。在目前針對微生物組對健康的影響的研究繼續進行的情況下，由本研究提供的對人類腸道微生物群穩定性的見解可被當作是一種參考工具。與此同時，由Faith及其同事研發的新型、低誤差測序方法可能會讓用于個性化疾病預防的常規糞便采樣變得更加可行。

　　新月沃土中沒有農業的單一起源地

　　Emergence of Agriculture in the Foothills of the Zagros Mountains of Iran

　　在伊朗扎格羅斯山脈山麓的一組豐富的化石和人工制品揭示了該地區的早期居民在1.2萬年至9800年前就開始了對谷類作物的農業性栽培。這一發現意味著從覓食到農耕的過渡在整個新月沃土或“文明搖籃”地區發生在大約相同的時候。直到最近，來自政治的壓力限制了人們對東部新月沃土或現代伊朗的考古遺址的挖掘，但在其西部的發現——例如在塞浦路斯、敘利亞、土耳其和伊拉克等遺址——為人們提供了有關農業起源的詳細線索。

　　現在，Simone Riehl及其同事對在伊朗Chogha Golan的無陶器的(陶器出現前的)新石器時代遺址的植物殘余物進行了分析，而他們的結果顯示，那里的人們與同時代的生活在西部的人們都在種植并碾磨像小麥和大麥這樣的谷物。據研究人員披露，在Chogha Golan遺址發現的植物殘余物記錄了該地區2000多年的土地使用并代表了在伊朗的長期植物管理的最早記錄。他們說，居住在Chogha Golan的早期居民在大約1.2萬年前開始了栽培并最終馴化了野生大麥、小麥、扁豆和草香豌豆。總而言之，這些發現提示，新月沃土的東部地區對新石器文化的發展同樣也做出了顯著的貢獻，且在新月沃土的大部分地區基本上是同步發生的這一過程帶來了對野生植物的管理及對谷類作物的馴化。一則由George Willcox撰寫的《觀點欄目》文章更為詳細地解釋了這些發現以及它們的含義。