《PNAS》八大热点文章：为什么人类不擅长爬树

　　《PNAS》（美国国家科学院院刊）是与Nature、Science齐名，被引用次数最多的综合学科文献之一，PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学，主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。

近期其最受关注的文章（生物类）如下：

原文①Hip extensor mechanics and the evolution of walking and climbing capabilities in humans, apes, and fossil hominins

为什么人类不擅长爬树，因为相比于爬树，人类更需要直立行走。

如果让一只猩猩站直，你就会发现它的髋关节、坐骨和大腿后侧肌群的走向都几乎重合在了同一条直线上。换句话说，当一只猩猩站直的时候，大腿后侧肌群的力臂长度几乎归零！这意味着，肌肉提供的动力在这个姿势下就失效了。纽约市立大学的研究团队测量了十余种灵长类的下肢结构，发现这是极其普遍的现象。也就是说，用猴子和大猿们的坐骨结构行走，不仅不省力，反而是步履维艰。

所以说，如果人类的坐骨依旧又长又朝屁股下方，那么我们就不要期望潇洒的步态了。既然上树和上路所需要的是完全不同的坐骨形态，那相比于非人灵长类，人类的坐骨又是怎么个创新的长法？怎么保证两足行走时也能昂首阔步呢？

研究人员在测量了地猿、南方古猿，以及现代人的坐骨形态后，找到了人类独特的坐骨变化趋势。地猿和南方古猿被认为是人类数百万年前的祖先，其中地猿生存年代最早，南方古猿相对晚一些。在地猿化石中，坐骨的走向轻微转向背侧，既保证了爬树的能力，也可以凑合着近似直立行走。南方古猿和现代人则完全不同了——他们的坐骨长度变短，也不再朝下，而是更极大地转朝向背侧。这样一来，大腿后侧肌群、坐骨、髋关节在直立状态下不再重合于同一条直线，很好地解决了灵长类直立行走时“力臂归零”的Bug。然而，现代人的爬树技巧也因此大打折扣。向上攀爬时，腿抬得较高，大腿后侧肌肉的力臂变得很短小。这就好像用扳手时不正经握住把柄尾巴，非要捏着扳手头部使劲，这当然会费力不讨好了。

原文②The eardrums move when the eyes move: A multisensory effect on the mechanics of hearing

看，听。我们的鼓膜似乎是随着眼睛看到的方向而移动，使我们能听到那个方向上的声音。虽然我们还没搞清楚这是如何发生的，但是这个事实将帮助我们分辨我们视野中的哪个物体发出了我们听到的声音。

这个结论来自杜克大学的Jennifer Groh教授的研究：将微型话筒植入到人的耳朵中，以研究在视觉变换的过程中鼓膜的位置移动。当我们的视野聚焦点移动的时候，听觉的聚焦点是否也跟随视觉而移动了？人们是无法察觉这种移动的，但我们的视觉实际上在以每秒几次的频率变换着焦点所在。

在完成了16人的检测之后，研究组发现外耳道的压力发生了变化，这很可能是因为牵引鼓膜的中耳肌肉引起的。这种压力的变化表明，比方说当我们向左看的时候，左耳的耳膜会被拉扯进耳朵而右耳的将被推出一些，这种变化将来回拉扯出现好几次。

鼓膜的这些变化甚至出现在眼睛开始移动之前10毫秒，并在眼睛停止移动之后十几毫秒后才结束。

原文③PPARγ-coactivator-1α gene transfer reduces neuronal loss and amyloid-β generation by reducing β-secretase in an Alzheimer’s disease model

科学家们早就发现，在阿尔茨海默病患者的脑部有大量的β淀粉样蛋白沉积，尽管造成沉积的真正原因尚不清楚，它们却是造成神经细胞功能衰退和死亡的罪魁祸首。伦敦帝国学院的科学家们发现，通过表达一种叫做PGC-1α的基因，可以有效地抑制β淀粉样蛋白的生成，从而保护神经细胞免受其伤害。在小鼠模型内进行的该基因疗法实验取得了良好的结果。 

PGC-1α是转录因子PPARγ的辅助因子，PPARγ在体内参与包括新陈代谢在内的许多重要生理活动的调控。在阿尔茨海默病的小鼠模型中进行实验时，研究人员使用经过改造的慢病毒携带PGC-1α基因，直接感染小鼠皮层和海马部位的神经元。4个月之后，与对照组小鼠相比，接受了基因疗法的小鼠脑内β淀粉样蛋白沉积减少了将近一半，而且并没有出现像对照组小鼠那样的神经细胞死亡现象。更重要的是，在专门为小鼠设计的记忆力测试中，接受了基因疗法的小鼠表现得比对照组明显要好，几乎达到了健康小鼠的程度。综上所述，PGC-1α基因疗法在治疗患阿尔茨海默病的小鼠时有着非常积极的结果。

原文④Ibuprofen alters human testicular physiology to produce a state of compensated hypogonadism

一项研究报告中，来自丹麦和法国的研究人员通过研究发现，长期定期服用止痛药布洛芬或会让男性患上一种名为补偿性腺机能减退的疾病。

文章中，研究人员对给予志愿者布洛芬，同时监测参与者机体激素水平和精子的产生情况。为了更深入地阐明长期服用抗炎药物布洛芬对男性生育力的可能性影响，研究人员对年龄在18-35岁之间的31名男性进行研究，让这些参与者每日摄入600毫克（3片）的布洛芬，持续6周时间，其他志愿者则给予安慰剂进行对照研究；在研究的过程中，研究人员还对志愿者进行检测来确定布洛芬是否会影响机体其它的功能。

研究者表示，在仅仅两周时间里他们就发现，所有患者机体中的促黄体生成素水平增加了，机体能够利用促黄体生成素来调节睾酮的产生，该激素水平的增加提示布洛芬或许会诱发睾丸中特定细胞出现问题，从而抑制睾丸产生睾酮，进而抑制精子的产生；这种改变或会通过产生更多的其它激素来促进脑垂体产生反应，从而也会驱动机体产生更多睾酮，最终导致机体睾酮的水平保持不变，但机体却会处于过分紧张状态来补偿布洛芬所产生的有害影响，这种状态就称之为补偿性腺机能减退。

原文⑤Body weight homeostat that regulates fat mass independently of leptin in rats and mice

研究人员发现大小鼠体内有一套维持体重平衡的调节系统。而且，这一感知系统与骨骼细胞有关，且独立于瘦素。 这一体系类似于体重计（bathroom scales），能够感知身体体重、体脂的变化，并通过向大脑传递信号，保持体重的平衡。

他们以“肥胖”小鼠为模型（将不同质量的胶囊植入小鼠体内，达到人为增加体重的目的），研究发现小鼠下肢的骨骼细胞负责“感知”体重。如果体重增加，大脑会接收到相关信号，从而减少食物的摄取量，试图维持体重的平衡。而且，额外的体重会导致小鼠体内脂肪减少、血糖水平身高。 研究人员推测，当坐下时，该体重感知体系会产生“错觉”（认为体重减轻），从而增加饮食量。他们认为，将瘦素与该机制结合，有望成为治疗肥胖的有效疗法。

原文⑥Identification of individuals by trait prediction using whole-genome sequencing data

J. Craig Venter这位基因测序教父级人物最近发表了一篇关于人脸预测软件的成果：在没有其它信息的情况下，通过基因组序列数据预测的外貌特征可能足以分辨某个人。但这项成果受到了猛烈的抨击，评论家们，甚至文章的一位作者都表明这夸大了通过个人基因来进行面部识别的能力，而且这会引起关于遗传隐私的不必要恐慌。

原文⑦Precision genome editing using synthesis-dependent repair of Cas9-induced DNA breaks

Geraldine Seydoux博士及其同事将多种供体DNA的组合插入人类胚胎肾细胞中并使用供体荧光蛋白编码DNA对基因的插入进行了验证。

研究人员发现，在基因编辑的过程中，线性目的DNA片段的编辑效率相对更好，质粒的编辑效率高出2-5倍。 同时，文章的作者指出：“通常情况下，生物实验室可以通过PCR轻易地制备线性DNA。”

与此同时，研究人员还对不同长度同源片段的编辑效率进行了测定，他发现最佳长度的同源臂比那些科学家通常使用的要短得多。具体而言，长度为33至38bp的同源臂在最佳条件下能够产生10％至20％的成功编辑。相反，当科学家对长度为15和16bp的同源臂时进行测试时，插入的成功率则会下降一半。他们在人类基因组的三个不同位置重复了这些结果。

总体来看，该基因编辑实验的总体成功率为10％至50％，插入长度为57至993bp片段。在这些基因编辑试验中，较短的序列比较长的序列更易插入，例如，57，714和993bp片段同样时间内插入的成功率分别为45.4％，23.5％和17.9％。而当片段长度超过1000bp时，有效编辑则变得很难发生。

原文⑧Speaker gaze increases information coupling between infant and adult brains

剑桥大学的科学家们在《美国国家科学院院刊》上发表了一项研究，他们发现，成人与宝宝的目光接触能够促进他们脑电波的相互同步，这会增进宝宝与成人的的沟通，有助于帮助宝宝学习。

这项研究说明，在成年人和宝宝在互动的过程中有明显的脑电波同步现象，而目光直接交汇双向影响了脑电波同步率，并且会明显的提高宝宝主动”沟通“的意愿。