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1 研 究 论 文 高能物理研究论文的定量分析 Salvatore Mele*, David Dallman, Jens Vigen, Joanne Yeomans CERN, CH-1211, Genève 23, Switzerland * 通讯作者 [email protected] [摘 要] 高能物理学界的全球性合作可以追溯到几十年前 该领域发表的大部分科学研究成果是由不同 国家的科学家们合作撰写完成的 在这种合作情况下 要准确界定每个国家在高能物理科学研究中的贡 献是非常困难的 本文分析了 2005 年在高能物理领域同行评议期刊发表的合作科学论文 首次利用比例 分摊(pro rata)方法正确估计了各个国家和各个机构对高能物理科学论文所做的贡献 分析结果获得了 一些对高能物理学界的跨地域合作模式的有趣认识 并进一步分析了高能物理论文发表的前景 [关健词] 比例分摊 高能物理 预印本文化 arxiv 数据库 文献计量学 1 引言 2 数据 高能物理 简称HEP 是最具全球性和科学合作性的一 高能物理学的 预印本文化 开创了科学成果的自由 门学科 在过去的 60 年中 在能量不断升级的加速器上进 分配时代 以前科学家在将论文提交到同行评议期刊之前 行的大型实验研究使越来越多的科研人员聚集到了一起 这 要打印 邮寄成百上千份原稿 这种 预印本文化 试图 些聚集起来的研究者从几人 数百人甚至达数以千计 经 帮助那些有能力邮寄大量预印本的大型实验室和大学 [1] 过很长时间真正的全球性交叉研究 高能物理的理论实现了 而几十年来 理论物理学家们不断合作 致力于寻找比这 相对的超越 这是与科学家之间的长期交流 定期集会以及 种途径更快的研究成果发表渠道 互连网的发展以及电子 在几个大的研究中心的长期访问分不开的 预印本文献库 arxiv 的产生[2] 使预印本文化进入了一 作为一个完善的 跨领域的 传统的学科 由来自不 个新时代 它为科学家们提供了一个展示 交流自己研究 同国家 不同研究机构的科学家共同撰写论文已经成为一 成果的平台 现在 arxiv 文献库允许研究人员递交他们 个普遍现象 而这种合著关系使得利用文献计量学在对各 的预印件 浏览 下载网络上他们感兴趣的最新论文及其 国在高能物理论文贡献率的研究中变得非常困难 他科研人员的反馈信息[3] arxiv 文献库及其镜像集成了 本文分析了高能物理论文作者的国家和机构分布情况 高能物理的论文集 并将之分为 4 个类 用比例分摊(pro rata)的办法计算了合著现象 这个分析是 (1)hep-ex 高能实验物理 基于 2005 年度发表的高能物理论文数据 第二部分将详细 (2)hep-lat 晶格场论的研究 介绍 第三部分描述了数据的分析过程 并讨论了部分文献 (3)hep-ph 粒子唯象学 计量学的研究结果 论文作者在地域上的分布情况在本文的 (4)hep-th 弦场 场论和共形场理论 第四部分给出 第五部分分析说明了全球合作模式 论文归类由作者在递交文献时选好 这个系统允许相 经授权 本文摘译自 Journal of High Energy Physics, 科学观察 2007 年 第 2 卷 第 2 期 11

2 RESEARCH ARTICLES 互 参 照, 但 不 允 许 重 复 递 交, 因 此 每 一 篇 论 文 不 可 能 分 布 在 多 个 类 别 中, 这 就 排 除 了 在 下 面 的 分 析 中 存 在 重 复 计 算 的 可 能 本 文 采 用 的 是 基 于 2005 年 度 所 有 递 交 到 arxiv 文 献 库 的 论 文, 每 一 篇 论 文 都 归 属 于 高 能 物 理 这 4 种 类 型 中 的 一 类 由 于 预 印 本 现 象 被 研 究 人 员 广 泛 接 受, 所 以 这 一 论 文 样 本 代 表 了 一 个 可 信 的 高 能 物 理 同 行 评 议 期 刊 的 整 体 情 况 同 其 他 的 学 科 一 样, 在 正 式 发 表 到 同 行 评 议 期 刊 之 前, 高 能 物 理 的 论 文 在 初 期 经 常 以 国 际 会 议 或 研 讨 会 报 告 的 形 式 提 出 在 随 后 的 几 年 内, 研 究 结 果 不 断 地 在 其 它 的 会 议 中 提 出 预 印 本 通 常 会 描 述 这 些 会 议 的 贡 献, 因 而 aixiv 文 献 库 多 次 记 录 了 科 学 研 究 在 不 同 阶 段 的 成 果 为 了 避 免 对 同 一 成 果 的 重 复 计 算, 下 面 的 分 析 仅 限 于 随 后 发 表 在 同 行 评 议 期 刊 中 的 预 印 本, 且 排 除 了 学 术 座 谈 纪 要 学 位 论 文 及 其 他 一 些 递 交 至 arxiv 文 献 库 但 与 本 研 究 无 关 的 未 发 表 论 文 [4] 分 析 数 据 来 自 SPIRES( 在 线 高 能 物 理 文 献 ) 数 据 库, 这 个 数 据 库 的 主 机 位 于 加 利 福 尼 亚 州 斯 坦 福 直 线 加 速 器 中 心 (SLAC), 并 且 与 在 德 国 汉 堡 的 电 子 同 步 加 速 器 中 心 (DESY) 和 伊 利 诺 斯 费 米 国 家 加 速 器 实 验 室 (FNAL) 联 接 选 择 这 个 数 据 库 的 原 因 是 它 包 含 完 整 的 arxiv 库 的 高 能 物 理 文 献, 且 含 有 出 版 信 息 例 如 : 在 2005 年 递 交 至 arxiv 文 献 库, 并 得 以 发 表 的 高 能 物 理 实 验 物 理 类 论 文, 可 以 按 如 下 方 式 搜 索 : FIND EPRINT HEP-EX/05# AND PS P AND NOT TYPE C AND NOT TYPE L AND NOT TYPE B AND NOT TYPE T 会 议 论 文 (C) 学 术 座 谈 纪 要 (L), 学 位 论 文 (T) 及 书 刊 (B) 已 从 搜 索 中 排 除 经 过 一 定 修 改 后 也 可 以 在 其 他 三 个 arxiv 分 类 (hep-lat hep-ph hep-th) 中 得 到 需 要 的 数 据 3 数 据 分 析 度 分 布 2005 年 总 共 选 中 了 篇 符 合 条 件 的 论 文 提 交 到 arxiv 库 的 每 一 类 文 献 的 检 索 式 是 : 弦 论 场 论 和 共 形 场 论 44.0% 图 1 FIND EPRINT HEP-EX/05# 表 1 还 列 出 了 发 表 在 专 业 学 术 期 刊 上 的 论 文 所 占 的 比 例 表 1 中 数 据 反 映 了 历 史 演 变 过 程 : 数 据 库 建 立 初 期, 提 交 给 数 据 库 的 论 文 数 量 逐 年 增 多, 表 明 这 个 系 统 被 逐 渐 接 受 ; 后 来, 论 文 数 量 稳 定 在 一 个 较 高 的 水 平, 年 论 文 数 量 的 变 化 率 很 小 人 们 会 质 疑 : 在 2006 年 10 月 下 旬 进 行 的 这 些 查 询, 可 能 会 存 在 部 分 在 2005 年 提 交 的 预 印 本 还 在 审 稿 过 程 中, 还 没 有 发 表 在 同 行 评 议 的 期 刊 上 但 是, 如 果 利 用 这 5 年 时 间 来 预 测 2005 年 论 文 的 数 量, 预 测 值 仅 仅 比 观 测 值 大 6%, 那 么 可 以 认 为 本 文 采 用 的 样 品 数 据 的 大 小 受 系 统 偏 差 的 影 响 不 大 没 有 理 由 相 信 任 何 一 小 部 分 隐 藏 的 论 文 会 产 生 很 大 的 统 计 效 果, 以 至 于 影 响 到 下 面 对 不 同 国 家 相 对 贡 献 率 的 讨 论 图 1 给 出 了 2005 年 发 表 的 篇 论 文 按 arxiv 学 科 分 类 的 分 布 情 况, 其 中 高 能 实 验 物 理 仅 占 到 总 数 的 6.7% 实 验 物 理 6.7% 晶 格 场 论 4.9% 粒 子 物 理 唯 象 学 44.0% 2005 年 提 交 到 arxiv 并 在 科 学 期 刊 上 发 表 的 篇 论 文 的 学 科 分 布 表 1 列 出 了 SPIRES 中 论 文 的 分 类 年 度 分 布 和 总 量 年 12 SCIENCE FOCUS Vol. 2 No

3 研 究 论 文 表 1 提 交 到 arxiv 的 各 类 高 能 物 理 论 文 的 数 量 (NS) 得 以 在 专 业 学 术 期 刊 上 发 表 的 论 文 数 量 (NP) 以 及 N S/NP 的 比 值 ε NS NP ε NS NP ε NS NP ε NS NP ε NS NP ε % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 科 学 观 察 2007 年 第 2 卷 第 2 期 13

4 RESEARCH ARTICLES 比 例 论 文 总 数 246 论 文 的 平 均 作 者 数 = hep-lat 论 文 总 数 论 文 的 平 均 作 者 数 = hep-ph 论 文 总 数 论 文 的 平 均 作 者 数 = hep-th 作 者 数 量 1% 的 欧 洲 美 洲 和 亚 洲 的 国 家 单 独 列 出 全 球 最 大 的 高 能 物 理 实 验 室 欧 洲 核 子 研 究 中 心 (CERN) 的 贡 献 也 单 独 列 2 出 其 余 国 家 分 为 两 类 :CERN 的 成 员 国 和 由 于 意 大 利 绝 大 多 数 的 高 能 物 理 研 究 是 由 意 大 利 国 家 核 物 理 研 究 院 (INFN) 资 助 完 成 的, 因 此 用 它 来 代 表 意 大 利 对 高 能 物 理 的 研 究 的 贡 献 不 属 于 INFN 的 意 大 利 作 者, 划 入 其 他 成 员 国 一 类 科 学 家 在 不 同 研 究 机 构 和 实 验 室 进 行 中 长 期 访 问 是 高 能 物 理 科 学 研 究 的 主 要 方 式 之 一 对 于 拥 有 多 重 研 究 机 构 作 者 的 划 分 顺 序 遵 循 下 面 3 个 原 则 : (1) 如 果 一 个 作 者 所 属 的 多 个 研 究 机 构 中 有 一 个 是 像 欧 洲 核 子 研 究 中 心 这 样 的 高 能 物 理 实 验 室, 那 么 这 个 作 者 将 归 到 这 个 实 验 室 中 ; 在 其 他 情 况 下, 将 其 归 为 实 验 室 所 属 的 国 家 (2) 如 果 一 个 作 者 所 属 的 多 个 研 究 机 构 中 有 一 个 对 应 于 本 分 析 中 单 独 列 出 的 国 家, 那 么 将 这 个 作 者 划 分 到 这 个 国 家 (3) 如 果 一 个 作 者 所 属 的 多 个 研 究 机 构 中 有 多 个 属 于 本 分 析 中 单 独 列 出 的 国 家, 那 么 按 照 它 们 的 人 均 国 民 生 产 总 值 和 在 高 能 物 理 产 出 中 所 占 的 预 期 比 例 来 决 定 该 作 者 属 于 哪 个 国 家 或 者 机 构 图 2 hep-lat hep-ph 和 hep-th 论 文 的 作 者 数 的 分 布, 比 例 表 示 对 应 某 一 作 者 数 的 论 文 占 总 数 的 比 例 用 文 献 计 量 学 方 法 分 析 了 论 文 的 作 者 人 数 分 布 图 2 表 示 的 是 3 个 非 实 验 类 (hep-lat,hep-ph,hep-th) 高 能 物 理 论 文 的 作 者 人 数 分 布 这 三 类 论 文 的 平 均 作 者 人 数 分 别 是 3.6,2.9 和 2.3 这 三 类 论 文 总 的 平 均 作 者 人 数 是 2.6 hep-ex 类 论 文 的 平 均 作 者 人 数 大 约 是 290 由 于 在 样 本 中 很 多 大 型 实 验 的 合 作 出 现 了 多 次, 因 此 hep-ex 类 论 文 数 据 分 布 有 偏 差 图 3 中 列 出 了 hep-ex 类 中 不 同 实 验 的 论 文 分 布 图 文 献 [5] 中 讨 论 了 实 验 合 作 研 究 中 作 者 人 数 较 多 的 原 因 遗 憾 的 是, 迄 今 为 止, 还 没 有 数 据 库 具 备 分 析 中 需 要 的 自 动 提 取 本 文 中 用 到 的 高 能 物 理 论 文 作 者 机 构 信 息 的 功 能 因 此 对 检 索 到 的 每 一 篇 论 文 还 要 按 作 者 机 构 进 行 手 工 分 类 SPIRES 的 输 出 格 式 解 决 部 分 问 题, 不 需 要 读 取 论 文 的 原 数 据 或 者 arxiv 中 的 全 文, 只 需 要 通 过 查 询 标 准 web 输 出 就 可 以 获 得 本 文 将 作 者 的 机 构 分 为 22 类, 见 表 2 的 第 一 列 所 示 对 全 球 高 能 物 理 论 文 产 出 大 于 世 界 总 产 出 COMPASS 合 作 组 4 RLOE 合 作 组 5 HYPERCP 合 作 组 5 OPAL 合 作 组 6 DELPHI 合 作 组 6 ZEUS 合 作 组 9 L3 合 作 组 10 FOCUS 合 作 组 10 H1 合 作 组 12 B0 合 作 组 17 BES 合 作 组 17 图 3 其 他 96 BELLE 合 作 组 21 CLEO 合 作 组 年 大 型 实 验 研 究 小 组 提 交 到 arxiv 并 且 发 表 在 同 行 评 议 期 刊 上 的 论 文 数 其 他 包 括 合 作 者 少 于 40 人 且 发 表 论 文 少 于 4 篇 的 合 作 组 论 文 的 总 数 为 338 篇 BABAR 合 作 组 50 CDF 合 作 组 38 2 CERN 成 员 国 在 表 2 的 第 一 列 中 没 有 列 出 的 国 家 有 : 奥 地 利 比 列 时 保 加 利 亚 克 罗 地 亚 丹 麦 芬 兰 希 腊 匈 牙 利 挪 威 波 兰 和 塞 尔 维 亚 14 SCIENCE FOCUS Vol. 2 No

5 研 究 论 文 4 高 能 物 理 论 文 的 国 家 分 布 本 文 统 计 了 22 个 国 家 和 机 构 高 能 物 理 论 文 的 贡 献 率 通 过 计 算 每 一 篇 论 文 中 某 个 国 家 的 作 者 人 数 与 总 作 者 人 数 的 比 例, 确 定 这 个 国 家 ( 地 区 ) 在 该 篇 论 文 所 占 的 比 例 然 后 将 每 一 类 的 某 一 国 家 或 者 机 构 的 论 文 总 数 除 以 该 类 论 文 总 数 定 义 为 某 个 国 家 或 者 机 构 的 所 占 的 份 额 arxiv 数 据 库 中 各 类 论 文 的 国 家 和 机 构 分 布 见 表 2 图 4 表 示 2005 年 高 能 物 理 科 研 成 果 按 国 家 ( 地 区 ) 的 分 布 首 次 在 考 虑 了 合 作 情 况 下, 将 高 能 物 理 文 献 按 国 别 进 行 分 布 表 2 表 明, 作 者 分 布 在 三 大 地 域 :CERN,, arxiv 的 4 类 论 文 数 量 在 三 大 地 域 的 分 布 和 平 均 值 见 表 3 图 5 分 别 给 出 了 arxiv 的 4 类 论 文 在 三 大 地 域 的 分 布, 图 6 是 高 能 物 理 领 域 总 论 文 数 在 三 大 地 域 的 分 布 表 2 不 同 国 家 ( 地 区 ) 和 机 构 向 arxiv 提 交 的 4 类 高 能 物 理 科 学 论 文 的 份 额 和 平 均 值 hep-ex(%) hep-lat(%) hep-ph(%) hep-th(%) 平 均 值 欧 洲 核 子 研 究 中 心 德 国 英 国 意 大 利 国 家 核 物 理 研 究 院 法 国 西 班 牙 瑞 士 瑞 典 葡 萄 牙 荷 兰 CERN 其 他 成 员 国 家 俄 罗 斯 以 色 列 加 拿 大 巴 西 印 度 日 本 中 国 韩 国 中 国 台 湾 科 学 观 察 2007 年 第 2 卷 第 2 期 15

6 RESEARCH ARTICLES 德 国 8.80% 欧 洲 核 子 研 究 中 心 1.30% 7.20% 中 国 台 湾 1.20% 韩 国 1.80% 中 国 4.60% 日 本 7.40% 印 度 2.60% 巴 西 2.60% 加 拿 大 2.70% 英 国 7.40% 意 大 利 国 家 核 物 理 研 究 院 5.80% 法 国 3.20% 西 班 牙 2.80% 瑞 士 1.10% 瑞 典 0.90% 葡 萄 牙 0.90% 荷 兰 0.90% 其 他 成 员 国 家 6.80% 俄 罗 斯 4.80% 以 色 列 1.00% 24.10% 图 4 高 能 物 理 论 文 在 不 同 国 家 ( 地 区 ) 和 机 构 的 分 布 以 2005 年 提 交 到 arxiv 后 发 表 的 篇 论 文 为 例 表 3 三 大 地 域 向 arxiv 的 4 大 类 高 能 物 理 提 交 的 论 文 比 例 和 平 均 值 hep-ex(%) hep-lat(%) hep-ph(%) hep-th(%) 平 均 值 (%) 欧 洲 核 子 研 究 中 心 高 能 物 理 的 论 文 分 类 : 实 验 物 理 24.30% 35.50% 高 能 物 理 的 论 文 分 类 : 晶 格 场 论 27.70% 42.30% 40.20% 30.00% 高 能 物 理 的 论 文 分 类 : 粒 子 物 理 唯 象 学 35.60% 41.60% 高 能 物 理 的 论 文 分 类 : 弦 论 场 论 和 共 形 场 论 38.90% 38.80% 22.80% 图 % arxiv 高 能 物 理 4 类 论 文 在 三 大 地 域 中 的 分 布 16 SCIENCE FOCUS Vol. 2 No

7 研 究 论 文 35.9% 及 其 成 员 40% 5.8 % 30.7 % 16.3 % 10.2 % 8.0 % 0.8 % 图 % 三 大 地 域 中 高 能 物 理 科 学 成 果 的 分 布 28.2 % 5 高 能 物 理 研 究 的 合 作 模 式 为 了 回 答 是 哪 些 国 家 或 机 构 在 合 作 的 问 题 需 要 对 以 上 数 据 进 行 进 一 步 分 析, 从 而 揭 示 高 能 物 理 研 究 的 合 作 模 式 简 单 方 法 是 : 只 考 虑 作 者 机 构 属 于 三 大 地 域 的 情 况 : 欧 洲 核 子 研 究 中 心 (CERN) 家 和 其 他 国 家 利 用 其 他 样 本 数 据 来 分 析 作 者 与 作 者 间 的 合 作 网 [6-8] 络 可 以 参 考 文 献 每 篇 论 文 可 以 归 纳 到 互 斥 (mutuallyexclusive) 的 七 类 : (1) 所 有 的 作 者 都 来 自 欧 洲 核 子 研 究 中 心 及 其 成 员 国 家 ; (2) 所 有 的 作 者 都 来 自 ; (3) 没 有 一 个 作 者 来 自 欧 洲 核 子 研 究 中 心 家 或 者 ; (4) 一 部 分 作 者 来 自 欧 洲 核 子 研 究 中 心 家, 另 一 部 分 来 自, 但 是 没 有 一 个 是 来 自 除 此 以 外 的 其 它 国 家 ; (5) 一 部 分 作 者 来 自 欧 洲 核 子 研 究 中 心, 另 一 部 分 来 自, 但 是 没 有 一 个 是 来 自 ; (6) 一 部 分 作 者 来 自, 另 一 部 分 来 自, 但 是 没 有 一 个 是 来 自 欧 洲 核 子 研 究 中 心 家 ; (7) 至 少 一 个 作 者 是 欧 洲 核 子 研 究 中 心, 一 个 来 自, 且 一 个 是 来 自 图 7 表 示 三 大 地 域 的 高 能 物 理 论 文 在 这 7 类 里 的 分 布 比 例, 而 图 8 表 示 4 个 单 独 的 arxiv 学 科 的 结 果 图 7 图 8 高 能 物 理 研 究 的 合 作 模 式 三 角 形 顶 角 的 圆 圈 表 示 由 单 独 作 者 或 者 在 同 一 个 国 家 或 机 构 里 的 作 者 合 作 完 成 的 论 文 在 三 角 形 边 上 的 虚 线 圆 圈 表 示 完 成 论 文 的 作 者 来 自 相 邻 的 两 个 顶 角 所 表 示 的 国 家 或 机 构 三 角 形 内 部 中 间 的 虚 线 圆 圈 表 示 论 文 由 来 自 3 大 地 域 的 作 者 共 同 完 成 整 个 图 表 示 2005 年 提 交 到 arxiv 的 高 能 物 理 论 文 并 发 表 的 所 有 论 文 ex 4.7% lat 34.6% ph33.1% th 32.0% ex 8.0% lat 8.5% ph 8.6% th 7.3% ex 2.7% lat 5.3% ph6.5% th 5.5% ex 78.7% lat 9.3% ph5.8% th 4.3% ex 2.4% lat 19.1% ph 28.4% th 33.0% ex 3.3% lat 19.9% ph17.1% th 17.1% ex 0.3% lat 3.3% ph 0.5% th 0.8% 高 能 物 理 研 究 的 合 作 模 式 三 角 形 最 上 面 的 顶 角 的 圆 圈 表 示 由 单 独 的 作 者 或 者 在 同 一 个 国 家 或 机 构 里 的 作 者 合 作 完 成 的 论 文 在 三 角 形 的 边 上 的 虚 线 圆 圈 表 示 完 成 论 文 的 作 者 来 自 相 邻 的 两 个 顶 角 所 表 示 的 国 家 或 机 构 三 角 形 内 部 中 间 的 虚 线 圆 圈 表 示 论 文 由 来 自 3 大 地 域 的 作 者 共 同 完 成 整 个 图 表 示 arxiv 的 4 类 高 能 物 理 研 究 方 向 论 文 的 分 布 情 况 科 学 观 察 2007 年 第 2 卷 第 2 期 17

8 RESEARCH ARTICLES 参 考 文 献 [1] Goldschmidt-Clermont L. Communication patterns in high-energy physics, 1965.High Energy Physics Libraries Webzine, 2002( 6). papers/1/. [2] Ginsparg P. First steps towards electronic research communication. Computers in physics,1994, 8(4):390. [3] [4] [5] Aihara H, et al. Report by the working group on authorship in large scientific collaborations in experimental high energy physics, IUPAP-C11, [6] Newman MEJ. The structure of scientific collaboration networks: Proc. Nat. Acad. Sci.U.S.A. 2001,98:404.[arxiv:condmat/ ]. [7] Liu X, et al. Co-authorship networks in the digital library research community. Information Processing&Management, 2005,41:1462.[arxiv:cs.DL/ ]. [8] Rodriguez MA. A multi-graph to support the scholarly communication.[arxiv:cs.dl/ ]. Quantitative Analysis of the Publishing Landscape in High-Energy Physics Salvatore Mele*, David Dallman, Jens Vigen, Joanne Yeomans CERN, CH-1211, Genève 23, Switzerland *Corresponding Author, [email protected] [Abstract] World-wide collaboration in high-energy physics (HEP) is a tradition which dates back several decades, with scientific publications mostly coauthored by scientists from different countries. This coauthorship phenomenon makes it difficult to identify precisely the share of each country in HEP scientific production. One year s worth of HEP scientific articles published in peer-reviewed journals is analysed and their authors are uniquely assigned to countries. This method allows the first correct estimation on a pro rata basis of the share of HEP scientific publishing among several countries and institutions. The results provide an interesting insight into the geographical collaborative patterns of the HEP community. The HEP publishing landscape is further analysed to provide information on the journals favoured by the HEP community and on the geographical variation of their author bases. These results provide quantitative input to the ongoing debate on the possible transition of HEP publishing to an Open Access model. [Keywords] pro rata, high-energy physics (HEP), preprint culture, arxiv repository, bibliometrics 翻 译 : 刘 小 平 更 正 :2007 年 第 1 期 第 21 页 右 栏 倒 数 7 行 中 应 为 为 2.4% 18 SCIENCE FOCUS Vol. 2 No

9 科 学 新 闻 科 学 新 闻 果 蝇 基 因 组 中 的 适 应 性 基 因 进 化 在 基 因 水 平 确 定 适 应 性 进 化 的 程 度 对 于 理 解 分 子 进 化 是 至 关 重 要 的 芝 加 哥 大 学 吴 仲 义 和 上 海 交 通 大 学 瑞 金 医 院 陈 竺 领 导 的 研 究 小 组, 以 黑 腹 果 蝇 及 其 进 化 上 相 近 的 果 蝇 种 类 为 研 究 对 象, 针 对 基 因 水 平 上 适 应 性 进 化 的 程 度 开 展 了 研 究 研 究 人 员 通 过 对 24 个 系 419 个 基 因 进 行 测 序, 研 究 发 现 :(1) 正 常 重 组 区 域 中 大 约 10% 的 位 点 比 预 期 沉 默 位 点 多 态 性 少, 表 明 存 在 选 择 性 清 除 ;(2) 多 态 性 水 平 与 非 同 义 分 歧 呈 负 相 关 关 系, 因 此 即 使 在 严 格 的 中 性 条 件 下, 果 蝇 物 种 之 间 氨 基 酸 与 沉 默 核 苷 变 化 的 比 率 (A:S) 要 比 通 过 基 因 组 数 据 得 到 的 A:S 比 率 高 25%~40%;(3) 观 察 得 到 的 物 种 419 个 基 因 位 点 之 间 的 A/S 比 率 比 期 望 值 高 28.9%;(4) 这 种 适 应 性 进 化 的 信 号 只 有 在 正 常 重 组 区 域 才 可 以 观 察 到, 因 此 在 reduced 重 组 区 观 察 到 较 低 水 平 的 多 态 性 并 不 意 味 着 是 正 选 择 的 结 果 相 关 研 究 发 表 在 2007 年 2 月 13 日 PNAS, 104(7): 上 Gadd45a 可 通 过 去 甲 基 化 作 用 恢 复 基 因 活 性 DNA 甲 基 化 是 一 种 表 观 修 饰 作 用, 它 是 在 转 甲 基 酶 的 作 用 下 实 现 的, 其 在 基 因 沉 默 和 保 持 基 因 组 稳 定 性 中 起 到 了 重 要 作 用 但 科 学 家 一 直 以 来 对 可 恢 复 基 因 活 性 的 去 甲 基 化 过 程 及 其 机 制 还 没 有 很 好 的 了 解, 仍 然 存 在 争 议 德 国 癌 症 研 究 中 心 Christof Niehrs 与 同 事 研 究 发 现, 一 种 具 有 保 持 基 因 组 稳 定 性 DNA 修 复 和 抑 制 细 胞 生 长 功 能 的 核 蛋 白 Gadd45a, 在 恢 复 基 因 活 性 的 去 甲 基 化 过 程 中 起 到 关 键 作 用 过 分 表 达 Gadd45a 可 激 活 甲 基 化 沉 默 报 告 质 粒, 并 促 使 全 部 DNA 去 甲 基 化 而 Gadd45a 基 因 敲 除 可 使 基 因 表 达 沉 默, 导 致 基 因 过 分 甲 基 化 进 一 步 研 究 表 明,Gadd45a 的 去 甲 基 化 作 用 通 过 DNA 修 复 来 实 现, 在 该 过 程 中 Gadd45a 需 要 与 DNA 修 复 核 酸 内 切 酶 XPG 相 互 作 用 上 述 研 究 表 明,Gadd45a 蛋 白 通 过 促 进 DNA 修 复, 消 除 DNA 甲 基 化 标 志, 恢 复 因 表 观 修 饰 而 沉 默 的 基 因 的 活 性 相 关 研 究 论 文 发 表 在 2007 年 2 月 8 日 Nature, 445(7128): 上 链 球 菌 分 泌 的 蛋 白 GAPDH 是 一 个 免 疫 调 节 蛋 白 B 型 链 球 菌 通 常 对 成 人 无 害, 但 对 新 生 儿 却 会 产 生 重 大 影 响 甚 至 是 危 害, 能 导 致 细 菌 性 败 血 症 脑 膜 炎 和 细 菌 性 肺 炎 的 发 生, 而 且 有 25%~50% 的 治 愈 患 儿 会 留 有 神 经 系 统 后 遗 症 法 国 巴 斯 德 研 究 院 Paula Ferreira 及 其 合 作 者 研 究 发 现, 由 B 型 链 球 菌 分 泌 产 生 的 蛋 白 GAPDH 能 促 进 免 疫 系 统 中 白 细 胞 介 素 -10(IL-10) 的 生 成, 而 IL-10 能 降 低 免 疫 系 统 的 抵 抗 力, 最 终 导 致 容 易 被 各 种 病 菌 感 染 动 物 实 验 也 表 明, IL-10 缺 损 的 老 鼠 对 于 B 型 链 球 菌 的 抵 抗 力 要 明 显 强 于 正 常 老 鼠 上 述 研 究 表 明,GAPDH 是 人 免 疫 系 统 的 一 个 调 节 蛋 白, 可 以 作 为 抗 B 型 链 球 菌 的 一 个 靶 标 相 关 研 究 论 文 发 表 在 2007 年 2 月 Journal of Immunology, 178(3): 上 SORT1 基 因 突 变 与 阿 尔 茨 海 默 氏 症 相 关 淀 粉 状 前 体 蛋 白 通 过 内 吞 途 径 的 循 环 在 阿 尔 茨 海 默 氏 症 患 者 产 生 淀 粉 状 β 肽 过 程 中 起 到 重 要 作 用 加 拿 大 多 伦 多 大 学 Peter St. George-Hyslop 波 士 顿 大 学 Lindsay A Farrer 和 哥 伦 比 亚 大 学 Richard Mayeux 领 导 的 多 国 研 究 小 组, 研 究 发 现 SORT1 基 因 的 遗 传 改 变 与 迟 发 性 阿 尔 茨 海 默 氏 症 相 关, 而 且 SORT1 基 因 内 含 子 序 列 中 至 少 有 两 个 簇 的 改 变 可 能 调 节 了 SORT1 基 因 的 组 织 特 异 性 表 达 并 发 现, 降 低 SORT1 基 因 表 达 可 干 扰 淀 粉 状 前 体 蛋 白 进 入 循 环 而 形 成 更 多 的 淀 粉 状 β 肽 上 述 研 究 表 明 SORT1 基 因 的 遗 传 或 获 得 性 改 变 与 阿 尔 茨 海 默 氏 症 的 形 成 相 关 相 关 研 究 论 文 发 表 在 2007 年 2 月 Nature Genetics, 39(2): 上 禽 流 感 病 毒 (H5N1) 存 在 感 染 人 上 呼 吸 道 的 可 能 性 禽 流 感 病 毒 (H5N1) 很 少 在 人 与 人 之 间 传 染, 其 原 因 是 人 上 呼 吸 道 上 皮 细 胞 中 缺 少 相 应 病 毒 受 体, 因 而 被 认 为 病 毒 很 难 在 上 呼 吸 道 进 行 复 制 但 是, 香 港 大 学 J. M. Nicholls 和 J. S. M Peiris 及 合 作 者 研 究 发 现, 体 外 培 养 的 人 鼻 咽 淋 巴 扁 桃 体 等 组 织 虽 然 也 不 存 在 上 述 相 应 病 毒 受 体, 但 也 可 感 染 禽 流 感 病 毒 (H5N1) 因 此, 研 究 人 员 认 为 需 要 重 新 评 估 细 胞 受 体 和 病 毒 感 染 之 间 的 关 系, 上 呼 吸 道 缺 乏 相 应 受 体 可 能 不 能 作 为 人 与 人 之 间 不 能 传 染 禽 流 感 病 毒 (H5N1) 的 依 据 相 关 研 究 论 文 发 表 在 2007 年 2 月 Nature Medicine, 13(2): 上 流 感 病 毒 血 凝 素 蛋 白 的 两 个 氨 基 酸 突 变 可 改 变 其 传 播 偏 好 血 凝 素 是 流 感 病 毒 表 面 的 与 宿 主 细 胞 结 合 的 蛋 白 质 美 国 国 家 传 染 病 中 心 的 Terrence M. Tumpey 及 其 合 作 者 研 究 发 现, 通 过 改 变 血 凝 素 与 受 体 结 合 部 位 的 两 个 氨 基 酸, 可 改 变 其 传 播 的 偏 好 研 究 人 员 通 过 改 变 1918 年 流 感 病 毒 血 凝 素 上 的 两 个 氨 基 酸, 将 其 由 哺 乳 动 物 构 型 变 为 禽 构 型, 并 将 其 接 种 给 雪 貂, 结 果 发 现 该 病 毒 虽 然 可 使 雪 貂 致 病, 但 不 能 在 雪 貂 间 通 过 呼 吸 进 行 传 播 上 述 研 究 表 明 血 凝 素 受 体 的 特 异 性 是 流 感 病 毒 具 有 传 播 偏 好 的 关 键 因 素 相 关 研 究 论 文 发 表 在 2007 年 2 月 2 日 Science, 315(5812): 上 科 学 观 察 2007 年 第 2 卷 第 2 期 19