《自然》杂志3月30日内容精选

chemytwei

封面故事：星系演化的高分辨率数值模拟

   星系形成被认为是通过气体团块和恒星之间的一系列合并进行的。此前，在高红移处观测到的遥远明亮的天体(所观测到的是它们在100亿年前的情形)与今天的星系之间的关系一直不确定，因为一直没有可能非常详细地模拟那些气体的演化。现在，一项超高分辨率的数值模拟研究，已经成功地对早期的不规则星系的形成以及它们随后向椭圆形星系的演化进行了模拟。具体来说，该模型可解释椭圆形星系在一个完全没有碰撞的过程中是如何由高红移星系(被称为Lyman-break星系)演化而来的。本期封面图片所示为3亿年之后的星系演化的一个中间阶段。

   土星环中观测到直径100米小卫星

   土星的环系统主要由半径在几厘米至10米之间的无数冰粒组成，理论工作者预测，在这些冰粒和两个两公里大小的小卫星“潘”和“达佛涅斯”之间存在一组直径在40米至120米之间的小卫星。这些小卫星太小，“卡西尼”探测器上的照相机无法看到。但现在直径100米的小卫星已被间接观测到，它们表现为土星环中的螺旋桨形状的扰动。这些明亮的特征比土星环周围区域亮度大二到三个等级。到目前为止已经观测到4个这样的小卫星，但它们所代表的小卫星群的数量有可能达到数百万个。

   获取物质结构信息的新方法

   了解和设计新材料，关键是要知道它们的原子的排列方式。这个信息最常见的是通过X-射线晶体学方法获得的，但该方法要求在材料中存在周期性重复的结构单元，而很多重要的纳米材料没有规则的重复。为了克服这个问题，来自密歇根州立大学的一个小组开发了一种新方法，该方法利用由X-射线或中子衍射数据确定的原子间距离来获知材料的结构。

   聪明程度与大脑皮层发育

   这是一个肯定有争议的问题：由智商测试测出的智力水平与儿童和少年的物理大脑发育之间的关系。现在，一项对307位典型的、处在从儿童到青少年发育时期(大致在6岁至19岁之间)的研究对象所做的跟踪研究表明，聪明的孩子在任何一个年龄都不会因为有更多或更少大脑灰质而变得更聪明。相反，智力与皮层成熟的连续过程中的不同方面有关。具体来说，大脑皮层厚度的变化轨迹，而不是皮层厚度本身才与智力有关。聪明的孩子大脑皮层弹性特别好，皮层增加有一个最初的加速和延长阶段，而在青少年早期又有一个同样充满活力的皮层变薄过程。

   “绿胡子理论”存在问题

   利他主义的演化(尤其是在面向非同胞时)是演化生物学上的一个谜。然而，如果能够轻易辨认出利他主义者的话，对此现象就可能容易解释一些。显然，最简单的识别系统是一个明显的、可遗传的标签。一个绿色的胡子就可以承担此任。已经有若干例关于人类相互接触中的“绿胡子效应”的报道，尽管胡子本人和绿色往往都没有反映在报道中。这一解释所存在的一个问题是，一个基因编码全部三个功能(利他主义、标签功能和识别功能)是不大可能的。根据模拟结果，Jansen 和Van Baalen又发现了这一理论所存在的另一个问题：即使绿胡子基因具有选择优势，利他主义按照以前的假设也是不稳定的。

   推断基因组内容的方法

   人们经常会读到利用基因组序列数据来推断一种生物怎样生存的论文，不常见的是本期Nature上报告的一组科学家所采用的方法，他们为一组具有类似生活方式的相关的生物生成了基因网络，并利用这些网络来推断该组生物中另一成员的基因内容。以大肠杆菌的基因组为出发点，他们预测出了Buchnera(一种细胞内共生体，具有一个内容大大减少的基因组)的代谢方式，该细菌是从大肠杆菌的一个祖先演化来的。这项工作对于寻找一个“最小的基因组”的工作有参考价值，而且已经表明，所谓的“非必需基因”的概念可能是谬误的，因为一个基因在变化中的基因组背景下可以很容易变成必需的基因。

   蛔虫的“自身感受”

   “自身感受”是我们的日常生活所必需的。例如，我们依靠“自身感受”来“感觉”我们的身体在空间的位置，来引导我们的胳膊和腿应该伸出去多少。对蛔虫所做的一项研究表明，该生物在运动过程中利用“自身感受”来控制其身体的姿势和位置。这需要一个单一的“自身感受”神经元和一个在该神经元中发挥作用的机械传感离子通道。蛔虫的这种神经元在功能上与人类肌梭和高尔基腱器官类似，后者是控制胳膊和腿运动的重要器官。这些结果表明，“自身感受”的基本原理在蛔虫和人类之间是在演化上保留下来的，也表明蛔虫可以成为研究“自身感受”及其相关的人类疾病的一种有价值的模型生物。