《自然》杂志每期内容精选

proteinthree

11月16日, 2006，自然精选
封面故事：穴居人基因组可望两年内完成初步测序


穴居人（尼安德特人）的特征是在距今大约40万年前的时候出现在欧洲和西亚的人类化石记录中的，消失时间是在距今大约3万年前左右。穴居人是我们已灭绝的关系最近的近亲，所以随着DNA技术的进步，识别现代人特有的基因变化的目标离我们更近了。现在，研究人员识别出一块距今3.8万年的穴居人骨头，其保存质量很高，足以能从中提取出100万个以上的碱基对。该骨头最初是1980年在克罗地亚的Vindija洞穴中发现的（其照片刊登在本期封面上）。通过将它的DNA组成与黑猩猩和人的基因组进行对比，研究人员发现，穴居人和人类祖先（像人但不像猿）具有一个小而有效的种群规模。这项研究工作中所采用的技术使得科学家有可能在两年内完成对穴居人基因组的初步测序。

Page: 275

植物免疫系统中一些未解之谜

详细了解植物的免疫系统，对于农业和害虫控制具有重要意义。植物由于没有哺乳动物的移动防卫细胞和适应性免疫反应，因此依靠每个细胞的先天免疫力以及从感染点在植物内各处发送的信号来进行免疫。Jonathan Jones 和 Jeffrey Dangl对当前关于植物防卫体系的模型进行了评述，发现了一些尚未得到回答的问题，其中包括用来遏制病原体生长的机制。

Page: 323

白藜芦醇的减肥作用是有条件的

当“白藜芦醇(Resveratrol)能提高食用高热量食物的小鼠的健康水平和存活率”的文章在网上发表后，那些怕胖的人们似乎看到了希望，认为以后想吃什么就可以吃什么，不用担心发胖，而且还能永葆青春。而这篇论文实质上是说，以人类可以做到的剂量口服白藜芦醇（当然不是从红酒中摄取，因为要达到所需剂量每天需要喝几百瓶红酒，这样将会产生副作用），可以在小鼠身上重现食用低热量食物所产生的生理效应，并使健康水平和存活率总体上有所提高。详情请看本期所发表的这篇论文。

Page: 337

用Taylor-Couette实验进行天体物理研究

利用引力能量来为类星体提供动力或形成恒星和行星的增长盘，是宇宙中已知效率最高的能源之一。例如，一个黑洞周围的一个增长盘能以高达40%的效率将净质量能转化为辐射能。这种转化的性质仍然比较神秘。Taylor-Couette实验（转动的柱体之间的流体流）一直是关于非线性流体力学和涡流转变的研究工作的中心内容，但基本上是用在流动体系中，与天体物理无关。在将一种实验室中的实验用到天体物理学中的一个少见的实例中，一种Taylor-Couette仪器被用来模拟天体物理条件下一种转动的流体中所涉及的力。实验结果排除了纯粹的水力扰动，因此支持磁转动不稳定性作为造成扰动的可能原因的观点。

Page: 343

石墨薄片纳米材料可能有半金属行为

科学家已经预测到了被称为“半金属”的让人好奇的材料的存在：仅仅对于一半的自有电子（即那些在特定自旋方向上的电子）来说它们才是金属，而对于另一半电子（自旋方向相反），它们是绝缘材料。虽然关于半金属行为有一些实验证据，但科学家仍在努力寻找这种材料，它们有可能在自旋电子应用中有实际用途。Son等人利用“第一原理”计算预测，纳米尺度的带状Graphene（一种石墨薄片材料）会有半金属行为。当将均匀电场施加到这种纳米带上时（其“之”字形的边缘附着在电压接触点上），这种性质就会出现。这项工作有可能为探索基于Graphene的“纳米自旋电子材料”（nanospintronics）开辟一条道路。

Page: 347

PTCDA材料的扫描隧道显微镜实验

当一个电流流过一种分子材料时，电子要么在分子之间缓慢跳动，要么在整个材料中快速移动。后一个机制只有当电流中所涉及电子状态是分散的、允许电子大规模地离开其位置时才有可能。现在，在沉积在一个银基质上的一种“原型有机半导体”（PTCDA）材料上所做的扫描隧道显微镜实验，使研究人员首次在一个分子薄层中观测到了广泛的扩散和电子移位。所观测到的扩散要比这种有机材料本身预计可能发生的扩散强很多。这说明，通过设计有机分子和它们的金属基质之间的分子间耦合，有可能实现电子运动性的大力增强，这种增强是电子应用中经常所期望的。

Page: 350

影响深海生态系统营养供应的另一因素

海底峡谷（深入到大陆坡中的陡峭峡谷）会像漏斗一样将水流和沉积物从海水较浅的沿海地区转移到深海中。人们认为，这些水流大多是因为（泥沙）未能沉积或河流洪水引起的。从法国马赛沿海附近的狮子湾（Gulf of Lions）所获得的新的观测结果表明，它们也是由“致密的大陆架水流瀑布作用”诱发的，这是一种比较常见的水流类型，即温度低、密度大的水从大陆架流走。这意味着，沉积物和有机质向深海的输送可能要比我们以前所认为的更多。由未来气候变化引起的“致密的大陆架瀑布水”数量的任何变化，对于深海生态系统的营养供应以及深海的碳存储都可能会产生重要影响。

Page: 354

地震最大强度的预测

一次地震一旦发生，就会出现这么一些问题：它将在哪里结束？地震的强度会有多大？对22次历史上的走滑地震（第一次是1857年发生在加州圣安德烈斯断层的地震，最后一次是2002年发生在阿拉斯加德纳里的一次地震）的表面断裂痕迹图所做的分析表明，断裂终点经常与断层阶或活跃断层痕迹终点是一致的，而且一个长度超多3、4公里的断层阶会将一次地震断裂有效终至在其轨迹中。这些发现对于地震威胁分析的意义在于，它们能够大致预测已知活跃断层上未来地震的强度最大能有多大。

Page: 358

遏制生物入侵的可能办法

欧亚舞毒蛾（gypsy moth）自1869年偶然进入美国后在整个美国的扩散，是人们最为熟悉的、最有戏剧性的关于生物入侵的例子之一。这样的入侵是对世界生态系统稳定性的一大威胁。Johnson等人以舞毒蛾入侵为模型，发现Allee效应（低密度时种群数量增长速度降低的效应）与生境不均衡性的组合足以引起所观测到的周期性的入侵事件。这意味着，应当有可能通过抑制林场边界处种群周期的峰值来减缓舞毒蛾和其他物种的入侵。

Page: 361

H5N1病毒的Haemagglutin上的两处突变

在亚洲、欧洲和非洲流行的H5N1禽流感病毒不能与人类细胞受体结合的事实，帮助防止了该病毒引起一场这种疾病的人类变种的全球大流行。现在，对从被感染的少数人（来自越南和泰国）身上分离出的H5N1病毒所做的一项研究工作，在结合受体的病毒Haemagglutin的第182号位置和第192号位置发现了两处突变，这两处突变使其与人类和禽类受体都能结合。这些突变也许可用作分子标记，来评估H5N1野外分离种的流行潜力。

Page: 378

蛋白相互作用的核磁共振观测研究

大量生物过程中涉及蛋白-蛋白相互作用，尽管X-射线晶体学方法和核磁共振光谱方法可用来研究一种复合物中的两个（或更多）蛋白，但难以确定这两个蛋白在形成该最终复合物之前是怎样相互作用的。现在，研究人员利用核磁共振光谱方法，对细菌磷酸转移酶体系（enzyme I的N-端区域和phosphocarrier蛋白HPr）中的第一种二元复合物的瞬态的、非特定结合的复合分子组合体进行了直接观测，所取得的一项重要发现是，这些被称为“encounter complexes”的复合物的分布与蛋白表面上的静电电势相关联。

Page: 383

chemytwei

11月16日, 2006，自然精选
封面图

wuyang180818

告诉大家一个网站，上面什么都有，http://www.natureasia.com/ch

chemytwei

November23,2006



封面故事：正在喷发中的圣海伦火山

圣海伦火山1980年5月的爆发是一次非比寻常的事件，诱发其爆发的部分原因是一次巨大的滑坡，因为该滑坡迅速降低了富含挥发性物质的岩浆的压力。而对该火山的历史来说更典型的是从2004年10月开始、目前仍在进行中的能量要小一些的爆发。这次爆发正在该火山坑内形成一个新的熔岩圆丘，同时伴随着周期性的浅层地震和少量的蒸汽、火山气和火山灰的排放。在本期Nature上，一个多学科研究小组发表了关于目前喷发情况的一个详细报告，他们发现，本次喷发很快变成了持久性的、近乎平衡态的行为。数值模拟表明，所观测到的近乎周期性的地震在机制上与正在重建火山圆丘的固态喷出物有关。（Article p. 439）本期封面照片是由美国地质调查局的John S. Pallister 2005年6月8日拍摄的一张从西北方向来观察该火山的照片。

人类基因组彼此之间的差异

对人类基因组测序之后下一步干什么？我们想知道人类基因组彼此之间有什么不同。去年，“国际HapMap项目”发表了一个反映单核苷酸变化的图谱，现在一个国际研究小组甚至绘制出了反映更大范围的差异的图谱，被称为“版本数量变种”（CNV）。这些变种中每个都涉及到个体之间的至少1000个碱基对差别，并且已经被与基因组中的良性变化和致病变化联系起来。新图谱是根据对来自270个人的DNA进行分析得到的。总共发现了超过1400个CNV，涵盖基因组的12%。这使得它们比人们以前所想的要普遍得多，并且说明，除非能够被直接分析，否则这些差异就有可能被目前用来识别遗传疾病中突变基因的方法漏掉。
触发因子（TF）怎样防止蛋白误折叠？

当一种新合成的多肽从核糖体中出现时，它会碰到一个被称为触发因子（TF）的伴护蛋白，后者防止蛋白误折叠和聚集。过去，研究人员不清楚触发因子是怎样防止误折叠的，但现在，一项涉及对荧光标记的触发因子进行实时观测的实验，让我们看到了这个过程中到底发生了什么。向核糖体上结合的动作打开并激发触发因子，后者随后被从核糖体上带走，到新多肽链上，并保持与其相连一段时间，这个时间长短取决于该蛋白聚集的倾向有多大。
利用铁磁材料的涡旋进行数据存储的研究

做成小方格或小圆盘图案的铁磁材料薄膜能支持涡旋状态，在这种状态，磁化能在结构的平面内形成封闭的环。如果能够找到切换它们的一种可控方式的话，这些涡旋就有可能用于磁数据存储。在朝向涡旋中心的地方，磁化方向会向上或向下（离开平面），使涡旋中心有一个净极化。激发该涡旋，结构就会在平面中旋转，旋转方向由涡旋中心的极化来决定。现在，Van Waeyenberge等人发现，施加一个振荡磁场的小脉冲，能够以可控方式逆转旋转方向，从而切换离开平面的涡旋中心极化方向。将这种切换机制添加到这些涡旋结构的高稳定性中，它们就有希望成为未来的记忆元件。

通过掺杂硼使硅成为超导体

超导性已经在金刚石等一些看起来不大可能的材料中发现了。但到目前为止，让人们失望的是，科学家尚未在硅中发现它。半导体材料硅的导电性通过掺杂痕量其他元素会有很多数量级的差别。例如，掺杂硼原子，会将半导体变成金属，所以科学家所面临的挑战一直是，怎样将更多的硼硬挤进硅半导体中，以使电流能够没有阻碍地流动。现在，这个目标已经实现了，科学家所采用的是一种被称为“气体沉浸激光掺杂”的方法。在这个过程中，硅被变成熔融态，再被固化，如此反复多次，而在每个周期中将硼原子扩散进材料中。按照这种方式掺杂后，硅材料中的硼浓度可以达到几个百分点，硅材料在低于0.35 K的温度下也就变成了超导体。
台湾集集地震断层钻孔取样研究

1999年7.7级的集集地震在台湾中部造成大范围破坏，并在地表或接近地表的地方形成一个宽达10米的大裂缝。这为从一个刚刚经过一次大断裂的断层中钻孔取样提供了一个难得的机会。通过将来自断层核心分析的结果与地震学观测结果结合起来，研究人员可以对地震的功效进行估计，并可以为理解地震断裂机制施加重要约束条件。

预测海洋自然灾害对生态系统影响的模型

预测海洋中的海啸和热带气旋等几个事件的生态后果是困难的，因为这样的事件很罕见，它们的严重程度使得科学家几乎不可能进行现场观测。Joshua Madin 和 Sean Connolly开发出一个模型，该模型将海洋学方法与工程方法结合起来预测珊瑚在海洋猛烈冲击下是怎样存活的。他们通过比较该模型对造礁珊瑚群落死亡率的预测结果与大堡礁部分地方珊瑚分布情况的观测结果对该模型进行了验证，发现该模型能够成功预测珊瑚群落对海浪的脆弱性。这项工作为了解热带风暴、海啸和其他与海浪有关的现象对珊瑚及其相关生态系统的影响提供了一个框架。
花粉蛋白p26的组成

“自交不亲合”( self- incompatibility ) 是高等植物用来避免自授粉、从而确保形成新的基因型的一个重要机制。对虞美人（Papaver rhoeas）来说，“自交不亲合”反应会触发一个依赖于Ca2+的信号作用网络，导致自身花粉管生长的迅速抑制。花粉蛋白p26是“自交不亲合”信号最早的目标之一。现在de Graaf等人发现，p26是由两个可溶性无机焦磷酸酶（sPPases）组成的。焦磷酸酶在原核生物和真核生物中都高度地保留了下来，通过无机焦磷酸盐的水解，它们为很多代谢反应提供推动力。这项工作表明焦磷酸酶是花粉生长的重要调控因子，也为这一重要类别的酶的抑制识别出一个以前没有报告过的调控机制。
分析非编码序列发现75个基因增强因子

识别那些遥控基因表达的时空模式的非编码DNA序列并不简单。一个有用的线索是演化序列的保持。对人类基因组中167个非编码序列（通过与河豚鱼、大鼠和小鼠基因组进行对比，发现它们在演化过程中保持程度极高）所做的一项活体分析研究，识别出了75个以前人们不知道的具有组织特定性的增强因子。这些增强因子在形成后第11天的胚胎中是活跃的，它们中多数将表达引向正在发育的神经系统。这一方法的成功表明，在人类和河豚鱼之间保持下来的另外5500个非编码序列也许还能产生另一批新的基因增强因子。

11月16日《自然》杂志内容精选
科学时报   
   穴居人基因组可望两年内完成初步测序

   穴居人(尼安德特人)的特征是在距今大约40万年前的时候出现在欧洲和西亚的人类化石记录中的，消失时间是在距今大约3万年前左右。穴居人是我们已灭绝的关系最近的近亲，所以随着DNA技术的进步，识别现代人特有的基因变化的目标离我们更近了。现在，研究人员识别出一块距今3.8万年的穴居人骨头，其保存质量很高，足以能从中提取出100万个以上的碱基对。该骨头最初是1980年在克罗地亚的Vindija洞穴中发现的(其照片刊登在本期封面上)。通过将它的DNA组成与黑猩猩和人的基因组进行对比，研究人员发现，穴居人和人类祖先(像人但不像猿)具有一个小而有效的种群规模。这项研究工作中所采用的技术使得科学家有可能在两年内完成对穴居人基因组的初步测序。

   对最大地震强度的预测

   一次地震一旦发生，就会出现这么一些问题：它将在哪里结束？地震的强度会有多大？对22次历史上的走滑地震(第一次是1857年发生在美国加州圣安德烈斯断层的地震，最后一次是2002年发生在阿拉斯加德纳里的一次地震)的表面断裂痕迹图所作的分析表明，断裂终点经常与断层阶或活跃断层痕迹终点是一致的，而且一个长度超过三四公里的断层阶会将一次地震断裂有效终止在其轨迹中。这些发现对于地震威胁分析的意义在于，它们能够大致预测已知活跃断层上未来地震的强度最大能有多大。

   用Taylor-Couette实验进行天体物理研究

   利用引力能量来为类星体提供动力或形成恒星和行星的增长盘，是宇宙中已知效率最高的能源之一。例如，一个黑洞周围的一个增长盘能以高达40%的效率将净质量能转化为辐射能。这种转化的性质仍然比较神秘。Taylor-Couette实验(转动的柱体之间的流体流)一直是关于非线性流体力学和涡流转变的研究工作的中心内容，但基本上是用在流动体系中，与天体物理无关。在将一种实验室中的实验用到天体物理学中的一个少见的实例中，一种Taylor- Couette仪器被用来模拟天体物理条件下一种转动的流体中所涉及的力。实验结果排除了纯粹的水力扰动，因此支持磁转动不稳定性作为造成扰动的可能原因的观点

   PTCDA材料的扫描隧道显微镜实验

   当一股电流流过一种分子材料时，电子要么在分子之间缓慢跳动，要么在整个材料中快速移动。后一个机制只有当电流中所涉及电子状态是分散的、允许电子大规模地离开其位置时才有可能。现在，在沉积在一个银基质上的一种“原型有机半导体”材料上所做的扫描隧道显微镜实验，使研究人员首次在一个分子薄层中观测到了广泛的扩散和电子移位。所观测到的扩散要比这种有机材料本身预计可能发生的扩散强很多。这说明，通过设计有机分子和它们的金属基质之间的分子间耦合，有可能实现电子运动性的大力增强，这种增强是电子应用中经常所期望的。

   影响深海生态系统营养供应的另一因素

   海底峡谷(深入到大陆坡中的陡峭峡谷)会像漏斗一样将水流和沉积物从海水较浅的沿海地区转移到深海中。人们认为，这些水流大多是因为(泥沙)未能沉积或河流洪水引起的。从法国马赛沿海附近的狮子湾所获得的新的观测结果表明，它们也是由“致密的大陆架水流瀑布作用”诱发的，这是一种比较常见的水流类型，即温度低、密度大的水从大陆架流走。这意味着，沉积物和有机质向深海的输送可能要比我们以前所认为的更多。由未来气候变化引起的“致密的大陆架瀑布水”数量的任何变化，对于深海生态系统的营养供应以及深海的碳存储都可能会产生重要影响。

   石墨薄片纳米材料可能有半金属行为

   科学家已经预测到了被称为“半金属”的让人好奇的材料的存在：仅仅对于一半的自由电子(即那些在特定自旋方向上的电子)来说它们才是金属，而对于另一半电子(自旋方向相反)它们是绝缘材料。虽然关于半金属行为有一些实验证据，但科学家仍在努力寻找这种材料，它们有可能在自旋电子应用中有实际用途。 Son等人利用“第一原理”计算预测，纳米尺度的带状Graphene(一种石墨薄片材料)会有半金属行为。当将均匀电场施加到这种纳米带上时(其“之” 字形的边缘附着在电压接触点上)，这种性质就会出现。这项工作有可能为探索基于Graphene的“纳米自旋电子材料”开辟一条道路。

mao13006

Nature杂志面向中国读者提供免费内容提示服务，可以向naturecontents-on@mail-list.com这个地址
发一个空白e-mail，订阅此内容提示服务，这样每周就可以收到内容精选了。
我刚来书园是个新手，觉得园子不错，希望和大家多多交流

proteinthree

自然杂志，November 30, 2006，内容精选
封面故事：中心体组装方式的实验观测


中心体是杆状的细胞器，对多数真核生物和动物细胞中的复制至关重要，它们有一个9-重的对称结构和一个谜一样的复制模式。虽然科学家对成熟中心体的结构进行了广泛研究，但对它们是怎样组装的却知之甚少；尽管很多中心体蛋白已经被识别出来，但它们的功能却很模糊。现在，研究人员利用电子断层扫描方法对线虫中中心体的组装进行了超微结构跟踪分析。组装是从一个中心管的形成开始的，通过该管的伸长向前进行，以微管单体组装进该中心管中结束。研究人员还提出了中心体复制的一个路径，在该路径中SPD-2, ZYG-1 和SAS蛋白是依次发挥作用的。这些蛋白中有些在人类中保留了下来，说明这一机制也在其他含有中心体的生物中发挥作用。封面中央的图片所示为一个微管单体，它正在向一个“子中心体管”（daughter centriole tube）上组装。
关于T3SS作用机制的最新研究成果

第三类分泌体系（T3SS）是一种细胞器，其作用是将细菌蛋白送进真核细胞中。这些细胞器是首先在病原体中发现的，基因组扫描显示，它们在很多其他细菌中也存在，后者对动植物来说都是共生的或致病的。Jorge Galán 和Hans Wolf-Watz对关于T3SS作用机制的最新研究工作进行了综述。这种细胞器在病原性细菌中所起的作用使其成为新型抗菌方法的一个可能的目标，也许还可利用它们来输送不同的蛋白，用于治疗或免疫目的。
Page: 567
治疗“杜兴肌营养不良”的干细胞移植动物试验

对“杜兴肌营养不良”仍然没有有效治疗方法，但本期Nature 上报告的研究工作识别出了一个对今后干细胞疗法来说很有希望的细胞类型，并且确定了用这些细胞进行临床实验的一个逻辑基础。在这项工作中，研究人员对一种金黄色肌营养不良猎狗成功进行了野生型犬Mesoangioblast（与血管有关的干细胞）的移植。这种猎犬是惟一与人类病理相关的大型动物肌营养不良模型。移植的肌肉的结构和功能有极大改善，抗肌营养不良蛋白(Dystrophin)在近70%的肌肉纤维中表达，自然运动能力也有了前所未有的提高。
Page: 574
一种反映另类拼接过程调控方式的新型RNA图

另类拼接过程的存在，能使一个基因产生多种蛋白。现在，一种新型RNA图，反映了短的RNA片段是怎样影响另类拼接过程在大脑中被控制的方式的。研究人员知道，另类拼接过程为大脑中所发生的过程增添一层复杂性，但它到底是怎样被调控的（有时会失控而引起疾病）却仍然不清楚。该新型RNA图将生物信息学、生物化学和遗传学方法结合起来确定一组规则，按照这些规则，Nova基因调控小鼠体内神经元特有的RNA结合蛋白的拼接增强子或沉寂子的活性。这些结果有助于我们了解学习和记忆等大脑功能以及神经疾病和癌症生物学。
Page: 580
世界上最古老的模拟计算机

“Antikythera Mechanism”是一个复杂的青铜机械装置，是1900年在希腊Antikythera岛附近一艘货船的残骸中发现的，发现时已经破碎。该装置建于公元前2世纪末，含有30个青铜齿轮和很多反映天象的文字。这个装置在技术上要比至少1000年之后的任何已知装置都复杂。它能计算天体信息，起一个月-日历的作用，但其具体的功能仍然有争议。现在，一个英国和希腊联合研究小组根据对遗留下来的碎片进行表面成像和高精度X-射线断层扫描研究重建了这个装置。重建的该装置让我们看到了其齿轮是怎样发挥功能的，并且将其上面已解译的文字的数量增加了一倍。这个装置似乎是对太阳/月亮/地球系统的一个复杂的预测装置，有理由被认为是世界上已知最古老的模拟计算机。
Page: 587
反映城市及文明兴衰的“等级钟”

很多分布，如城市、公司或互联网的大小，都遵从暗含稳定成分的比例规则。进行这种类型的分析的一个新方法表明，一种极不稳定的、涡动的动态系统在发挥作用，但当观测工作只集中在某一瞬间时，该系统大部分被隐藏了。“等级钟”（rank clock）是观察一个系统（在本例中为城市大小的分布）长时间的动态行为的一种方式。用这种钟在很不相同的时间段中对很不相同的城市系统所做的测试表明，城市和文明在规模上上升和下降很多次，并且上升和下降的尺度也有很多，这就排除了有争议的微观尺度上的等级大小缩放观点和相关的按比例影响的增长模型。但这种钟可以跟踪明显的变化，如罗马的兴衰以及“工业革命”的影响等。
Page: 592
“湾流”在历史上对气候的影响

“湾流”（Gulf Stream）在气候系统中扮演一个关键角色，它能将大量热和盐输入北大西洋，这股洋流发生变化的可能性是妨碍对未来气候变化进行预测的主要不确定因素之一。因为仪器记录只覆盖过去50年，所以我们关于长时间尺度上“湾流”行为的知识在很大程度上依赖于过去变化的地质记录。现在，对来自佛罗里达海峡（“湾流”从这里进入北大西洋）的沉积芯所做的一项分析，被用来重建过去1000年的一个记录。结果表明，“湾流”在“小冰期”（公元1200-1850年）（一个在北大西洋地区、尤其是欧洲异常寒冷的时期）被削弱，这意味着大西洋环流的变化在历史时期曾对气候有影响。
Page: 601
细胞衰老与肿瘤形成之间的多层次关系

癌症普遍被认为是失控的细胞增殖，但在很多癌症的早期阶段。致癌基因的表达与细胞衰老有关。现在，研究人员已经找到了对这一现象的一个可能的解释。两个小组报告了由致癌基因诱导的衰老与DNA损伤响应之间的一个联系。被激发的致癌基因能引起异常的DNA复制，从而引起DNA损伤，后者又能导致细胞衰老。细胞衰老以前被发现在活体中是肿瘤形成的一个障碍，所以由致癌基因诱导的衰老可能是对癌症的一种先天性防御。但其效果却经常因进一步的突变而丧失。了解细胞衰老与肿瘤形成之间的多层次关系，可能有助于开发基于衰老标记的诊断和预后工具。
遗传表达“噪音”的持续观测

遗传上相同的细胞在一个给定的时间产生不同水平的一种给定的蛋白。遗传表达上的这种噪音，被认为与包括细胞命运的确定及抗药性的产生在内的各种不同重要过程有关。迄今为止，该现象只在微生物种群“短暂”地直接观测到。但本期Nature上发表的一项研究取得了突破，研究人员对人类癌细胞中这种噪音随时间的变化动态进行了跟踪观测，并对不同蛋白进行比较。该工作令人吃惊地显示了各个细胞状态的持久的“记忆”，这种记忆在培养中能持续两代以上。这一根本性的结果可能是人类细胞对药物的不同的、延迟的响应的基础。
Page: 643

proteinthree

Nature, vol. 444, no.7120,December 07, 2006

封面故事：生物燃料热背后的事实

生物燃料是当今的热门话题，在媒体报道中占突出地位，在股票市场上也吸引着大量资金。但这种热度在多大程度上是有根据的呢？这是否只是一种宣传呢？在本期的一篇长达11页的Business News Feature文章中，Nature记者揭示了生物燃料热背后的事实。

Page:

电活动对胚胎神经发育的影响

最近，研究人员发现，电活动在胚胎神经发育中起举足轻重的作用。该发现为关于脑发育的研究引入了一个新的因素。Nicholas Spitzer 对关于在神经感应刚刚结束之后、突触尚未形成之前的发育阶段电活动对神经增殖、迁移和分异的影响的研究工作进行了综述。电信号作用似乎能够补充基因程序，并且可能为确保有效的神经系统组装提供反馈环。

Page: 707

“穴居人”的牙齿发育

生命史和发育的重要方面，如出生时的发育程度、成熟速度、以及儿童时期的长度等，都敏感地记录在了牙齿中，通过牙釉中每天的生长线及对臼齿伸长和压根形成的详细分析可以跟踪。现代人已知最近的亲缘种“穴居人”一直被认为儿童时期非常短，即个体生长非常快。现在，这个结论被一项关于“穴居人”臼齿的深入研究纠正了过来。虽然“穴居人”牙冠和压根发育完成的时间与现代人是一致的，但它们的牙釉和牙质接合点更复杂，其压根伸长速度在后期有一个高峰，这些特征仍能将它们与现代人区分开来。

Page: 748

热辐射扫描隧道显微镜

光学成像所能达到的分辨率受所使用光的波长限制，即存在所谓的衍射极限。“近场扫描光学显微镜”技术，通过使用一种比入射光波长小的探针来测绘样品表面的电磁场，从而绕过了这个限制，所能达到的分辨率远远超过衍射极限。现在，该技术的一种变通形式已经问世，它完全不需要外部光源了。新方法被称为“热辐射扫描隧道显微镜”（TRSTM），它所利用的是来自样品本身的热红外线辐射，几乎可以看作是一台在近场工作的夜视照相机。

Page: 740

一种紧凑而稳定的激光粒子加速器

传统粒子加速器通常有数百米长，所以科学家对能够在要短很多的距离内产生高能电子束的激光-等离子体加速器很感兴趣。这些紧凑型加速器可通过使用强激光脉冲驱动一个大电场来产生高质量电子束，但此前它们没有达到实用加速器所需的稳定性和可重复性。现在，科学家用一种新方法研制出了一种紧凑的、稳定的加速器，有可能用于如放射疗法和材料科学中的放射线研究等应用场合。这种新方法利用了一个首次在10年前提出、但以前未曾被掌握的思想：让第二个激光束与第一个激光束碰撞，从而使电子的注入和随后的加速能够更好地控制。

Page: 737

支持地幔热柱假设的新证据

自板块构造理论的早期以来，科学家就提出，夏威夷和冰岛等热点火山中所见的板块内火山活动是地幔热柱（来自地球地幔内部异常热的岩石所形成的巨大上涌柱）所产生的结果。最近，地幔热柱的存在本身受到了质疑：持反对观点的人们认为，热点不是地幔热柱所产生的结果，而是地幔浅层活动所产生的一种结果。因此，无论是支持还是反对热柱假设的新证据都将是非常及时的。现在，一项基于天然铀系列放射性示踪物和流体动态的研究工作，为地幔热柱假设增添了新证据，该证据是独立于以前基于岩石学、地震学或更经典的地球化学的论据的。

Page: 713

埃迪卡拉时期海洋中氧含量记录

地表的氧被认为主要是通过两个步骤出现的。第一步，大约23亿年前，大气和海洋表面氧含量明显增加，这一步已经受到了广泛研究。科学家对第二步的了解要少很多，这一步发生在大约8亿-5.42亿年前，似乎与复杂动物的演化相关。现在，来自阿曼苏丹国的沉积物的碳和硫同位素记录被用来构建埃迪卡拉（Ediacaran）时期（距今约6.35亿—5.42亿年前）海洋中氧含量的一个记录。所获得的数据表明，这一时期有三个明显的氧化阶段：在第二个阶段，深海中氧含量增加，该阶段似乎与复杂动物的演化相关。

Page: 744

从海洋颜色变化看全球气候变化趋势

搭载在OrbView-2卫星上的SeaWiFS仪器，在过去10年里积累了一系列关于世界海洋颜色的独特的高分辨率测绘结果。海洋颜色反映表面海水中光合作用浮游植物的丰度，后者又是全球尺度上海洋生产力的一种度量。与环境因素所做的对比显示，在这一时期，海洋生产力和全球气候趋势之间有一个密切联系，在1999年之后的变暖时期海洋生产力有显著下降。这一数据集将为了解未来气候变化怎样改变海洋食物链提供重要背景。

Page: 752

Klotho基因的一个可能的作用机制

Klotho基因是首次作为一种突变在一种小鼠身上发现的，该小鼠表现出一种综合征，很像人类的衰老，Klotho基因的过度表达能延长小鼠的寿命。哺乳动物身上也有抗衰老活性的证据。现在，研究人员已经发现了Klotho基因的一个可能的作用机制：它是一种主控分子（master molecule），将FGFR1(IIIc)（各种不同的、在不同功能层次上发挥作用的纤维原细胞生长因子的一个受体）转变成专门针对FGF23的一个受体，后者是来自骨头中的一种荷尔蒙，调控肾功能。

Page: 770

奖励和惩罚一个都不能少

声誉的形成和高成本的惩罚都能诱导人类在社会困境中进行合作。两个策略不同之处在于，直接惩罚对惩罚者和被惩罚者都会产生成本，而声誉机制则会为惩罚者节省成本。所以在有有效声誉形成机制的环境中，高成本的惩罚的确应淘汰。但令人吃惊的是，事实并不是这样的：在一项低成本的声誉形成机制和间接的互惠关系能够有效发挥作用的公共财产游戏中，试验对象愿意要一种与高成本的惩罚所形成的组合，在这种组合中，搭便车者会受到更严厉的惩罚。通过欣赏声誉，可以使惩罚行动大大减少，前者可能是有助于惩罚选择的演化生存的一个因素。

chemytwei

斑竹发错已
删除！

chemytwei

December 14, 2006,nature



封面故事：能够滑翔的远古哺乳动物

一篇关于中国晚侏罗纪或早白垩纪一种滑翔哺乳动物的研究报告，是已知最早的关于一种哺乳动物试图腾空的研究报告，远远早于蝙蝠，与鸟类基本在同一时间。这种跟松鼠大小差不多的动物在很多方面都不同寻常，被认为代表着一个迄今未知的哺乳动物目。该动物生活在距今大约1.30亿年前，有一组适合吃昆虫的利齿和一个用于滑翔的翼膜。该翼膜是以印痕的形式保存在化石中的，上面覆盖着致密的毛发，由伸长的翼骨和尾巴来支撑。该发现表明，哺乳动物在其演化过程中这一相对较早的阶段生活方式非常多样化。本期封面上的艺术重建所反映的是古代滑翔兽（Volaticotherium antiquus）在一个午后森林中的情形（绘图：赵闯，邢立达）
与无痛觉症状有关的基因突变

少数人有一种先天性缺陷，这使得他们完全没有痛感。然而，他们却有明显正常的周围和中枢神经系统，有正常的智力和很好的健康状况，当然事故及没有发现的受伤或感染除外。造成这种缺陷的突变在对巴基斯坦北部三个家族的一项研究中已经被确定出来。过去，科学家已经知道SCN9A基因与痛觉有关：“功能增加”突变引起对疼痛过度敏感。该基因为一个由电压控制的钠通道的亚单元编码，这个通道在感知疼痛的神经元中表达。有该缺陷的人其他方面都正常的事实让我们看到这样一个有趣的可能性：针对这个钠通道的特异性拮抗药物，也许能用作一种没有副作用的“全止痛药”。

一个新的细胞周期调控因子

Caulobacter crescentus是湖泊和溪流中的一种貌不惊人的细菌。由于只有一个很小的环状染色体和相对比较简单的结构，它已成为研究细菌怎样调控细胞周期进度的一个很受欢迎的模型。Biondi等人利用一种被称为phosphotransfer profiling的系统生物学方法（该方法可让研究人员快速确定信号传导通道），识别出了一个以前未知的重要调控因子ChpT，它在该细菌中控制细胞周期主调控因子CtrA。该研究还确定了所有主要细胞周期调控因子之间的联系，从而使研究人员首次有可能来定义一个分子网络，以解释细菌细胞周期的进度。

Page: 899
火星两个半球陨石坑密度大体相当

火星是一个有两个半球的行星：北半球主要是零星分布的有陨石坑的低地，而南半球则是陨石坑很多的高地。科学家对这种二分法提出了很多解释：来自搭载在“火星特快”飞船上的MARSIS雷达探声仪的新数据现在应能帮助排除其中的一些解释，因为据此研究人员可以确定北半球低地壳层的年龄。雷达图像显示，在北半球低地一个区域可能有10个埋没的碰撞盆地，其中多数在表面是看不到的。考虑到这些特征，火星北半球和南半球陨石坑的密度大体上是差不多的。如果正如这些结果所表明的那样北半球低地壳层至少与最老的、曝露的高地壳层一样老，那么两个半球之间的差别一定是在火星地质演化过程的早期就形成了。
一种制造有机柔性电子元件的新方法

研究人员正在为计算机显示屏、射频识别标签、传感器和人们尚未想到的装置研制有机柔性电子元件。这种元件的实际应用到目前为止几乎没有，因为它们的电学性能与传统电子元件相比很差。然而，就电荷载体的移动性而言，由有机单晶做成的场效应晶体管性能非常高。使用单晶装置的障碍是，它们必须一个一个地手工制作。本期Nature杂志关于通过在干净硅表面或柔性塑料上用单晶直接做成图案来制造大阵列、高性能晶体管装置的一种方法的研究报告，也许可帮助改变这种情况。该新方法即使在明显弯曲之后也能保持场效应晶体管的高性能。
用来解释断层应力转动的新模型

“圣安德烈斯断层深度观测”（SAFOD）项目（该项目目前正在钻探一个穿过“圣安德烈斯断层区”、深度为4公里的倾斜钻孔）的一个早期发现是，应力在断层区附近是转动的。为什么应力转动发生在这里和其他类似的“弱”断层处目前尚不清楚。本期Nature介绍了一个用来帮助解释该现象的新模型，这个模型是根据一个大断层区的场结构数据、岩石弹性的实验测定以及数值模拟建立起来的。该模型表明，应力是在断层所产生的微尺度损伤所造成的岩石弹性的变化作用下绕断层转动而改变方向的。

关于热带雨林动态和稳定性的中性理论

生态学中性理论、包括Stephen Hubbell的关于生物多样性和生物地理的统一中性理论，旨在通过假设类似物种之间的差别是中性的或与其成功无关的来解释生态群落中物种的多样性和相对丰度。尽管所涉及的物种相互作用网络很复杂，近乎静止状态的生态系统总体行为可以表现出令人吃惊的简单性。然而，这样的研究工作中几乎没有一个是研究热带雨林的动态和稳定性的。Azaele等人正好填补了这个空白，他们建立了一个关于生态系统动态演化的分析理论。该理论与巴拿马Barro Colorado岛上的热带森林中的物种更替分布非常一致。该新模型为将诸如非中性动态以及依赖时间和地点的变化包括进中性模型的基本框架中提供了一个出发点。
GpMST1被克隆和定性

菌根真菌与植物之间的共生关系在陆地生态系统中至关重要，尤其是由聚合菌（Glomeromycota fungi）形成的丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza）。真菌帮助植物吸收土壤养分，以换取碳水化合物，所以它们构成一个很大的二氧化碳吸收体系。这种合伙关系的一个关键构成部分（碳水化合物穿过共生界面的输送）的机制仍然不清楚，但现在GpMST1（glomeromycotan monosaccharide transporter）已被克隆出来，并被定性。这项工作是利用一种glomeromycotan菌（Geosiphon pyriformis）与藻青菌所形成的独特共生体系完成的。在确定了这一重要分子的性质后，就应有可能对丛枝菌根及其对碳流的贡献有更好的认识。

Cytohesins与胰岛素抗性之间的关系

胰岛素抗性综合症是各种不同器官不能对胰岛素做出足够反应的一种症状，是二型糖尿病发病的一个主要危险因素。对绝大多数受影响的人来说，造成该症状的分子缺陷尚不清楚。现在，Hafner等人发现，Cytohesins（一类调控蛋白，以前被发现参与与胰岛素相关的代谢）的化学抑制能导致小鼠肝脏对胰岛素产生抵抗力。这表明，受损的Cytohesin功能是胰岛素抗性的一个可能的原因，Cytohesin的激发成分可用来治疗这种疾病。在另一项研究中，研究人员发现，果蝇体内与Cytohesin相当的Steppke是胰岛素信号作用的一个重要构成部分。这两篇论文一起为Cytohesins在胰岛素通道中所起的中心作用提供了独立证据，并且表明，通过Cytohesin对该通道的控制至少已有8亿年时间了。

proteinthree

December 21, 2006 nature
封面故事：与肥胖有关的肠道微生物

肠道微生物可以帮助我们完成我们本身不能完成的一些代谢任务。从某种意义上来说，它们的基因是智人（Homo sapiens）“多源基因组”（metagenome）的一部分。本期两篇相关的论文帮助说明了这一点，它们为微生物在肥胖的形成中所起的作用提供了证据。对肥胖者肠道中两组占主导地位的细菌的含量多少所做的一项研究工作表明，Bacteroidetes细菌数量的增加与体重降低相关联。对遗传性肥胖的小鼠所做的一项研究显示，与同窝出生的瘦的小鼠相比，它们肠道微生物群落利用能量的能力要强一些，而将该微生物群落移植进肠道中没有细菌的小鼠体内时，这种性状也能被转移过去。这项工作说明，与肥胖相关的肠道微生物也许是一种生物标记，并且可能是一个治疗目标。

Page: 1022

抗VEGF疗法的一种替代疗法

VEGF（血管内皮生长因子）是得到最好定性的肿瘤血管形成诱发因子，阻断VEGF的功能已经成为癌症治疗中的一个重要工具。但VEGF的阻断并不是对所有肿瘤都有效，所以寻找替代方法的工作在继续。两个小组在本期Nature上报告，其中的一个这种替代方法可能是DII4（即Delta-like ligand 4）的阻断。该跨膜分子是Notch信号作用通道的一部分。过去人们知道它是胚胎中血管正常发育所必需的，而新的研究工作表明，肿瘤血管形成也需要它。它可能是患有对抗VEGF疗法有抵抗力的固体肿瘤的患者的一种可行的、耐受性可能比较好的替代疗法。

Page: 1083

关于衰老过程的两个理论可能是一致的

此前，人类XPF基因的突变一直被与温和型的早衰（progeria）联系在一起。现在，研究人员在一个15岁的男孩身上识别出了一个以前不知道的、引起严重早衰的XPF突变（XFE）。XPF的这一突变体形式的性质表明，两个关于衰老过程的看似根本不相同的理论可能是一致的。 有些人认为，衰老是由基因调控的；另一些人认为，衰老是由于DNA损伤的逐渐积累。这两种观点可能都是正确的。被研究人员用遗传工程方法来模拟这种症状的年轻小鼠，表现出正常年老小鼠的很多特征。这些特征包括诱导产生的胰岛素信号作用、细胞死亡增加、以及高抗氧化剂水平和高DNA修复活性。这些发现与DNA损伤来自与衰老相关的功能下降的一个模型是一致的，但遗传学规律（尤其是对胰岛素信号通道而言）影响损伤积累的速度有多快以及功能损失的速度有多快。该发现的一个意义是，通过增强DNA修复体系，也许有可能延长寿命或改善老年时的身体适应性。

Page: 1038

GRB需要新的分类体系

将伽马射线爆（GRB）分成长爆（持续时间超过两秒）和短爆的分类体系可能已经完成了其使命，而宣布该体系终结的可能是GRB 060614。这个伽马射线爆是2006年6月14日由搭载在Swift卫星上的Burst Alert天文望远镜发现的，属于长爆，持续时间为102秒，但正如本期Nature上一组论文所报告的那样，它所具有的若干性质（包括缺少一个相伴的超新星）以前被认为是短GRB的典型特征。所以，研究人员现在正在寻找一个能将目前在GRB中明显看到的这种多样性考虑进去的一个分类体系。在配发的一篇News & Views文章中，P. R. W. Zhang提出，答案可能是采用一种将GRB分成两类的分类体系，即将其分成一类GRB和二类GRB，该体系与用于超新星分类的分类体系相似。

Page: 1044

关于水星磁场的新模型

地球磁场的行为可以用关于所谓的“地球发电机”（geodynamo）的最新数值模型来很好地模拟，而对其他行星，要进行这种模拟则比较困难。同地球一样，水星也有一个双极磁场，很可能是由该行星液体铁质内核中对流形成的一个发电机体系产生的。但水星的磁场要比地球的磁场弱上百倍，对发电机理论来说，这便成了一个问题。研究人员对这种偏差已经提出了一个新的解释，该新理论既解释了所观测到的磁场强度，也解释了由“水手号”飞船10次掠过水星时所观测到的该磁场的几何特征。这一新模型假设水星的“发电机”只在内核深层“发电”，产生一个强磁场。内核外围区域是稳定分层的，所以不对流热，但却是导电的，由“发电机”所产生的磁场在向外穿透时受到电磁表层效应的强烈阻尼。来自正在飞往水星途中的美国国家航空航天局（NASA）MESSENGER探测器的关于水星磁场的数据以及欧洲航天局（ESA）计划执行的BepiColombo探测任务，应能对这一模型进行彻底的验证。

Page: 1056

自由中子放射性贝塔衰变的实验测量

中子的放射性贝塔衰变产生一个质子、一个电子和一个反中微子。量子电动力学预测，一个由软质子构成的连续波谱应伴随这些衰变产物。这种辐射以前曾在核贝塔和电子捕获衰变中被测量过，但却没有在自由中子衰变中被测量过。现在，在位于美国马里兰州Gaithersburg的“美国国家标准与技术研究所”的NG-6（即Neutron Guide 6）装置上所进行的一个实验中，研究人员已经观测到了自由中子的放射性贝塔衰变，并且产生了质子。所获得的测量结果与理论是一致的。这一进展也许可为更深入地研究中子贝塔衰变中所涉及的弱相互作用过程提供机会。

Page: 1059

同性之间生殖机会竞争规律的一个例外

在其后代中投入最少的一个性别往往能够形成更为明显的第二性征，在争夺异性方面也竞争得最激烈。对海猫所做的一项为期12年的研究工作，让我们看到了一种动物，它们是这一规则的一个例外。虽然雌性海猫比雄性海猫在其后代中投入要多，但它们会更强烈地去争取生殖机会；影响竞争成功与否的性状对其生殖成功与否有更强影响；而且它们还表现出与生殖竞争相关的第二性状发育更多。这种异常行为的根源可能是这样一个事实：雌性的成功生殖所需资源是高度集中的，并且还可能是稀缺的，所以同性之间对繁殖机会的竞争在雌性当中与在雄性当中相比同样受重视或者更受重视。

Page: 1065

南极潮汐变化与冰流速度的关系

像南极洲的那种冰层会通过快速流动的冰流失区其大部分冰。Hilmar Gudmundsson对这样一个冰流中的流动情况进行了为期两个月的监测，它就是南极洲西部的拉特福德冰流。他所获得的发现是令人吃惊的：这里的表层流速在两个星期时间里波动高达20%，也许是受春季小潮为期两周的潮汐周期的影响。虽然将这些潮汐变化与冰流耦合到一起的机制尚不清楚，这些观测结果也说明，在有限时期内利用速度测量结果来推断流速长期变化是要谨慎的。

Page: 1063

神经元启动活动势的启动点

不同神经元在其轴突上的不同点上启动其活动势，但这种现象在功能上有什么意义却不清楚。Kuba等人对一种鸟类的听觉系统中的神经细胞进行了专门研究：Nucleus laminaris是一种双耳重合探测器，是研究这一现象的一个很好的模型。他们发现，诱发靠近细胞体的活动势的神经元接听频率较低的声音。电脑模拟显示，活动势的启动点可能也是其他神经元进行重合探测的关键。

Page: 1069

proteinthree

2007 年1月4日内容精选
,
封面故事：“土卫六”上存在大量液体有了可信证据

土星卫星“土卫六”上存在液态甲烷海或湖是20多年前预测的。但由于该星球上一层浓雾使得人们无法就近观测，所以一直没有可能确认其存在。当然，这是“卡西尼”探测器2006年7月22日掠过该星球之前的情况。本期Nature发表的本次掠过时获得的雷达成像数据，为该星球上大量液体的存在提供了可信证据。本期封面所反映的是“卡西尼”看到的东西。该图像上的强度（图像是着色的，只不过其颜色并不表示人类眼睛看到的颜色）与雷达反向散射界面的对数成比例。湖泊的颜色比周围陆地要暗一些，图像上通过将低反向散射区域染成蓝色、将雷达亮度大的地区染成褐色来突出湖泊。雷达图像的条纹大约140公里宽，被透视缩短，以模拟最高纬度地区的倾斜视角，是从其西边的一个点看到的情况。图像：NASA/JPL/USGS

Page: 61

“小洞”的新生

用一个上面有小洞的不透明屏幕所做的实验，是早期光物理研究工作中的主要实验方式。后来，“小洞”就不常用了。但近年来，金属膜中亚波长洞的使用在光学研究中又变得很重要。这些薄膜由于涉及到表面波因而有独特光学性质，因为表面波具有能够将光集中在洞中并导致高穿透率等功能。由于它们的性能可用纳米制造技术随意改变，因而小洞正在光电子、化学传感和生物物理等领域找到新应用。

Page: 39

生命史的生物化学记录

化石传统上被用来追踪随着时间的推移而发生的演化变化。但我们也可以将自己的历史保存在生物化学中。Claudia Acquisti等人已经发现了各种生物将氧吸收进跨膜蛋白中的方式所发生的系统变化。真核生物中的膜蛋白和腔室化的原核生物往往要比更简单的原核生物含有更多的氧。这可能反映了早期地球上所发生的事件，当时大气中低含量的氧正在上升至其今天的含量。

Page: 47

脉冲星为什么旋转？

当一个脉冲星（一颗旋转的中子星）在一颗巨大的前体恒星坍缩之后而诞生时，它在迅速旋转：最初转动周期在300毫秒左右。 普遍假设是，这种旋转是从其前体继承来的，是角动量守恒的结果，但关于恒星演化的成熟理论不能充分解释要使这种情况发生所需的迅速旋转。Blondin 和 Mezzacappa现在已经为这种旋转找到了另一个来源，即这种旋转来自正在坍缩的超新星的不稳定性。这一新机制所产生的最后自旋周期与观测结果一致，即便是从球形对称的初始状态也是如此。

Page: 58

量子计算机的另一种架构

此前，量子计算机的实验性原理验证操作演示一直都是没有准的， 换句话说，计算所产生的主要是有错误的结果，只是在少数情况下才会成功。现在，Prevedel等人尝试了另一种新颖的量子计算机架构，他们通过“向前馈送”相关事件、然后进行实时纠错的办法成功消除了被称为“emergent errors”的错误。 在效果上，相当于在“计算”按钮被按下时量子计算机被迫产生正确结果。这种单向量子计算（它基于被称为“cluster states”的高度纠缠的多粒子态）的实验演示，对这些系统今后的开发来说有可能是一个关键结果。

Page: 65

古气候变化与古文明兴衰

研究人员从中国湖光岩玛珥湖获得了过去16,000年的一个古气候记录，时间分辨率几乎达到了年。湖泊沉积物的磁性质和钛含量被认为反映了东亚冬季季风强度的变化，因而为记录能带来降雨的夏季季风强度的古气候档案提供了一个补充。这些记录表明，冬季和夏季季风强度之间有一个反相关，该现象最好由“热带间收敛区”（ITCZ）（一个环绕赤道的低气压带）的迁移来解释。有趣的是，古代玛雅文明和中国唐代文明的兴衰分别与来自Cariaco盆地和湖光岩玛珥湖的沉积物中所记录的干期巧合。是否ITCZ位置的较大迁移同时促成了太平洋相对两面的两个文明事件？

Page: 74

chemytwei

2007 年1月4日内容精选 补充

研究已灭绝动物饮食习惯的新方法

古生物学家希望能够重建已灭绝动物的饮食，将其作为它们生活方式的一种指示。这通常需要将化石牙齿与可比的现存动物的牙齿进行非常细致的比较。现在有了一种新方法，它建立在一个虚拟牙齿数据库基础之上，而这个数据库是用来自81种食肉动物和啮齿动物的牙齿的441幅数码影像建立起来的。该新方法耗时比较少，而且可能更准确。在食肉动物和啮齿动物的例子中，牙齿比较表明，牙冠表面复杂性直接反映所吃食物。现存物种不同饮食种类之多意味着，将这种多样性考虑进去时，这一新方法对于在现存物种中没有接近的可比对象的化石来说尤其有用。

Page: 78
每个碱基对的突变率的直接估计结果

遗传学上的很多理论计算依赖于对u的估计，它是一个生物的基因组中单位核苷的突变率，但其价值一直有争议，因为以前只有间接的估计结果。现在，研究人员已经首次获得了果蝇每个碱基对的突变率的直接估计结果，其依据是，对突变积累系的基因组进行扫描，以寻找DNA中所发生的突变。新的估计结果相对较高，说明抑制有害突变的选择有利于性和重组的演化。

Page: 82

让蚊子找不到要咬的人

很多昆虫具有能探测二氧化碳的神经元，而这种神经元的作用却因昆虫生态习性的不同而不同。比如说天蛾（Hawkmoth），它们用它来测量曼陀罗花的质量。而蚊子和其他食血昆虫则会被我们所发出的二氧化碳吸引。果蝇也有这些传感器，研究人员已经在其身上识别出了两种受体：Gr21a 和 Gr63a。只有其中一种受体的果蝇对二氧化碳不敏感，但当两个基因都在神经元中表达时，它们对该气体就敏感了。类似的基因也存在于传播疟疾的蚊子中，所以它们可能是以降低蚊子找到要咬的人的能力为目的的药物的有用的目标。
一种喜欢在黄铁矿排出的酸性水中生活的微生物

Ferroplasma acidiphilum是最近发现的喜欢极端条件的微生物，存在于富含铁和重金属的酸性环境中，如黄铁矿排出的酸性水中。 大多数已知现有生物只含有少量铁金属蛋白，与Ferroplasma acidiphilum共享黄铁矿生活环境的该微生物在种类史上的近亲也含有正常的蛋白组。但Ferroplasma acidiphilum的代谢机制在已知生命形式中是独特的，其独特之处是，它的蛋白组所含铁金属蛋白百分比异常地高。很多这些蛋白中的铁原子起“铁铆钉”的作用，用来稳定它们的三维结构。一个可能的、也是人们迫切希望得到的解释是，Ferroplasma acidiphilum一类的微生物是完全在黄铁矿生活环境中演化的，其蛋白组也许代表着一种早期的细胞生命形式。

Page: 91

proteinthree

January 11, 2007
封面故事：反映大脑中基因表达情况的图集

研究人员在神经科学和遗传学两个学科都已经进入了一个新的前沿领域。小鼠基因组中大约22000个基因中每个基因的表达，都已经在小鼠大脑所有主要结构上以细胞分辨率被测绘出来。这一成就是“艾伦脑科学研究所”“脑图集”（Brain Atlas）项目的一部分。Lein等人介绍了该图集的形成过程（这个图集发布在 http://www.brain-map.org/上，读者可以免费查看），并且报告了既支持现有脑解剖观点、又挑战现有脑解剖观点的基因表达模式。该图集包括原位图像和按色度比做成的每个基因和每个大脑区域的信号强度的“热图”（heat maps）。尽管有预测说大脑只能表达有限数量的基因，但小鼠全部基因的大约80%已经表达出来；其中70%的基因信号局限在数量不到全部脑细胞20%的脑细胞上，说明大部分基因信号局限于大脑中很小的区域。封面图片：Chris Lau（艾伦脑科学研究所）。

Page: 168

决定海洋中固氮作用的主要因素

固氮是维持海洋中生物生产力的关键，因为它能代替通过脱氮作用（在脱氮过程中，亚硝酸盐和硝酸盐被转化成氮气）而损失的生物可以利用的氮。控制这一过程的因素仍然不确定，但人们普遍所持的一个观点是，向固氮菌供应铁的速率是限速的。解决这一问题的一个新方法（该方法根据一个海洋环流模型中的养分分布来推断固氮速率）得出一个让人吃惊的发现：固氮速率在太平洋中最高（在太平洋中，来自大气的铁供应低，脱氮速率高），在大西洋中最低（在大西洋中，铁的供应更丰富）。这说明，海洋中的固氮不是取决于铁的水平，而是受脱氮作用的刺激，后者有助于稳定海洋中被固定的氮的存量。

Page: 163

受损心脏的修复

Thymosin

proteinthree

January 18, 2007
封面故事：宇宙中的暗物质分布图


本期封面所示为宇宙中“暗物质”第一个大规模分布图的部分内容，是利用在“哈勃太空望远镜”迄今最大的一次勘测活动中获得的图像做成的。暗物质是一种神秘的物质，在宇宙的物质中居支配地位，但既不发光，也不反光，因而是看不见的。它可以通过引力透镜效应（即前景中任何浓度的物质对来自遥远星系的光的反射）来间接探测。新的分布图描绘了一个由随着时间的推移而形成的暗物质细丝构成的网络，细丝之间被巨大的空隙所隔开。而在这个由暗物质搭建成的脚手架中间，在一次由引力诱导的结构形成过程中，普通“重粒子”（仅占宇宙中物质的1/6）随后形成了所有恒星、星系和行星。封面图片：NASA/ESA/R. Massey

具有脂肪代谢功能的果蝇细胞

果蝇与人类有很多共同基因，实践证明它们对了解几种人类疾病来说很有用，但它们的脂肪代谢机制一直是个谜，这限制了果蝇（及其很多遗传工具）在肝病和肥胖研究中的应用。所以关于果蝇体内也存在具有脂肪代谢功能的细胞、与人类肝脏中同样功能的细胞类似的发现，可以说是一项重要进展。这些细胞是绛细胞(oenocyte)，首次于140多年前发现于昆虫，但以前未发现其有某种特定功能。

Page: 275

DNA复制所必需的CDK目标为蛋白Sld2 和 Sld3

“依赖于周期蛋白的激酶”（CDK）调控很多细胞事件，包括细胞周期。它是决定DNA复制什么时候开始、一个细胞什么时候分裂的激酶之一。现在，两个研究小组报告，他们发现DNA复制所必需的CDK目标为蛋白Sld2 和蛋白 Sld3。这项工作是用酵母进行的，但很可能高等真核生物也保留了一个类似机制。这一发现为了解DNA复制的分子机制及将控制细胞增殖作为一种可能的化疗手段都开启了一个新的窗口。

Page: 281

在室温之上具有磁序的新型金属有机物

全部或部分由分子成分组成的室温磁体的例子很少见，尽管科学家在这方面进行了深入研究。它们的重要性在于其有可能以全新的方式来制备和加工，或者有可能产生性能可由光或其他外部力量控制的新型磁体。Jain等人现在报告了一组新的杂合型金属有机物材料，它们在远远高于室温的温度上能够表现出磁序。这些材料的精确结构尚未确定，但它们基于溶液的合成路径的多功能性却表明，应当有可能制备出一系列相似的磁体来。

Page: 291
肌动蛋白网络的变硬与变软

细胞的机械性能由一个互相连接的肌动蛋白丝网络来控制。过去，研究人员主要是将肌动蛋白网络作为随机组织在一起的细丝来在试管中进行研究的，实验显示，该网络在应力作用下会变硬。对树状肌动蛋白网络（与一些游动细胞中的网络类似）所做的一项新的研究显示，这些架构的确会发生应力变硬，但在更高负荷下又会发生可逆的应力变软。这些树状架构似乎更适合承受高压缩负荷，但这种网络的机械性能更普遍地来说是不同弹性体系的一种复杂的相互作用的结果。

Page: 295

季风强度变化对整个亚太地区都有不利影响

根据大规模珊瑚对过去6300年所做的详细气候重建，记录了“印度洋双极”（对印度洋地区的降雨有深远影响的一个气候振荡）以前不知道的变化。这些新的记录显示，在印尼长期干旱与强亚洲季风降雨期之间有一个未曾料到的联系。亚洲季风强度未来的变化因此有可能会比以前的预测产生更广泛的后果。对季风强度变化的预测一直主要集中在对亚洲和印度的影响上，但新的数据表明，它对整个大洋洲和亚洲地区都有不利影响。

Page: 299

sH气体水合物已被发现并定性

天然气水合物（由束缚在水分子笼中的“客体”分子组成的冰一样的固体）是一种潜在的能源，在气候变化和海床塌陷中也可能扮演一个角色。实验表明，有三种常见的气体水合物结构—sI、sII和sH，但只有sI和sII水合物在自然环境中被发现。现在，sH水合物（与sII水合物密切相关）也已在从距温哥华岛80 公里的巴克利峡谷收集的海床样品中被识别出来。这种复杂的气体水合物比sI和sII水合物能束缚更大的客体分子，比sI水合物更稳定。这表明，气体水合物可能比以前所想的分布更为广泛。

Page: 303

决定鸟类飞行功能的一个关键解剖特征

关于飞鸟从不能飞的祖先演化而来的长期争论，往往集中在单独的翅膀功能的不同方面上。但是现在，研究人员将比较解剖学、三维扫描和机械测量方法结合在一起，识别出一种解剖特征，该特征在真正受控飞行的演化中可能是一个关键步骤。被称为“acrocoracohumeral ligament”的韧带是由纤维组织构成的一个环，其作用是稳定翅膀，使其不向下降落，并且由于它不是肌肉的，所以该韧带不用费力就能发挥这种功能。这个韧带在如始祖鸟等已经灭绝的早期鸟类身上要么不存在，要么发育很差，所以它们需要用肌肉的力量来维持稳定的飞行。

Page: 307

额叶前部皮质与运动的抽象归类

额叶前部皮质被认为通过高等信息处理过程来参与控制灵长类的行为，尽管这种处理过程的性质尚不清楚。要记住大量的各种复杂运动会很难，但将这些运动归纳为几大类（如涉及将同一类型的动作重复几次的运动），就可以使这个任务变得容易一些。Shima等人报告，侧额叶前部皮质中的神经元在这样的运动之前就被激发了，这说明它们代表着运动行为的一个抽象类别，而不是各个运动序列本身。这种类型的抽象归类有可能是额叶前部皮质的一个普遍性质，也许是帮助复杂行为的过程之一。

Page: 315

1918年的流感病毒本身的确厉害

1918年的“西班牙流感”疫情极为严重，导致大约5000万人死亡。但为什么该疫情破坏力如此之大？也许是因为缺少用来对抗二次感染的抗生素，也许是由于社会经济方面的因素。但用最近重建的1918年流感对非人类灵长目动物所做的实验感染表明，该病毒本身的致命性是一个重要因素。它实际上是对实验感染的非人类灵长目动物能够致命的惟一流感病毒。 此外，1918年的流感病毒（而不是传统的人类病毒）能抑制先天免疫反应。因为当前流行的H5N1病毒也能引起与1918年病毒所引起的类似的严重肺部感染，并且也能影响先天免疫反应，所以保护宿主免疫系统中这部分功能的干预措施，也许能够减轻这些流感病毒所造成的感染的严重程度。

Page: 319

弓形虫致病能力差异性之谜

原生动物“刚地弓形虫”（Toxoplasma gondii）能引起细胞内感染，而病情严重程度则相差极大，既有不可避免的死亡，又有基本没有症状的情况，也有慢性感染。造成这种差异性的原因一直有点像谜一样，但现在研究人员已经识别出了有可能解释该现象的一种酶。研究发现，弓形虫能向宿主细胞中注入一种蛋白激酶，该激酶会被迅速转送进细胞核，在那里它会大大改变基因表达，包括决定宿主对感染反应的基因。不同类别的弓形虫有不同版本的这种蛋白，这有可能解释其致病能力为什么有很大差异。

Page: 324

proteinthree

January 25, 2007《Nature》精选
封面故事：能进行基本逻辑推理的鱼


鱼类并不是因为聪明而出名，但它们可以被添加到具有逻辑思维入门知识的动物清单中。传递性关系推理，指的是根据已知关系来推理未知关系，这种能力是逻辑推理所必需的，也被看作是儿童发育过程中的一个重要步骤，而类似的能力也见于非人类灵长目动物、大鼠和鸟类。Astatotilapia burtoni是一种领土鱼（territorial fish），即其雄性的生殖成功取决于它们在“鱼类社会”中的地位。这种鱼能通过观察其他不熟悉的鱼之间的争斗，得知它们当中一种暗示的等级关系。令人吃惊的是，鱼是作为旁观者来间接进行这种学习的，而不需要直接强化学习。这种行为对以前的传递性关系推理模型提出了质疑，它表明，这些鱼在其特定的生存和生殖条件下已经形成了鲜明的推理机制。封面所示为这种鱼中的一个雄性个体。

Page: 429

在实验室中创建生物演化的中间体

尽管有大量现代化遗传学研究工具，但自达尔文时代以来几乎没有变化的东西是我们依靠演化结果来揭示演化过程这一事实。由于缺乏演化中间体，所以生命起源之谜的大门对智能设计的支持者仍然是开着的。但一种新方法有可能填补这个空白。该方法涉及在实验室中创建演化中间体，并在它们之间寻找可行的路径。该方法将导致能够在可供选择的演化路径之间描绘出一条路线的所谓的“适应性景观”（fitness landscapes），并且已经产生了重要的新发现。

Page: 383

土星和木星等未知的极地能量来源

太阳系四大行星都太热，即它们的上层大气温度都高于按照它们对阳光的吸收所预测的温度。人们比较接受的解释是，“丢失的”热量被磁气圈注入进了各行星的极地地区，并通过风在各行星的全球范围内重新分配了。一项新的研究工作排出了这种可能性。Smith等人报告，由土星上的极地能量输入（在木星上也很可能是这样）所驱动的风的净效应，不是加热、而是冷却低纬度大气。这一惊人的结果将刺激科学家去寻找对低纬度大气进行直接加热的一个未知的极地能量来源或某些其他过程。

Page: 399

原子集束和反集束行为在同一实验中的演示

氦-3是一种费米子，即一种像质子、电子和中子一样的粒子，它们所遵守的统计规则要求，在一组相同的粒子中，占据一个特定量子态的粒子可能不超过一个。费米子相互排斥（该现象被称为“反集束”现象）。不过，氦-4却是一个玻色子。玻色子同光子、介子和阿尔法粒子一样会聚集在一起，它们所遵守的统计规则允许任意数量的相同粒子占据同一量子态。两种量子统计行为的证据都已经被单独观测到，但此前没有一个实验对二者进行直接对比。通过利用两种氦元素之间物理性质上的相似性，来自阿姆斯特丹自由大学和巴黎查理法布希实验室的一个研究小组在一个实验中成功地演示了原子的集束行为和反集束行为。这是对量子统计效应所起作用的一次非常壮观的演示，并且还有可能导致关于冷原子的一些奇异的新的物理领域的诞生。

Page: 402

搜索蛛丝马迹有了通用算法

趋化性细菌可由局部浓度梯度引导向某一个营养源。在微观尺度是这样，但在更大的尺度上，这种局部提示就不可靠了，比如说风或水流可能会驱散觅食的动物所寻找的气味。Vergassola等人利用统计方法开发出一个基于对零星线索和部分信息的探测的运动策略通用搜索算法。该策略被称为“infotaxis”，因为它能在局部使信息获取的预期速度最大化。该方法有可能在嗅探机器人的设计中找到用途。

Page: 406

超高密度分子电子记忆装置

集成电路的微型化在20年左右时间内有可能停止，因为到那时当前的技术将不能再进一步缩小。要在这个基础上再进一步微型化，通过DRAM（即动态随机存取存储器，一个来自分子电子学的概念）、纳米线的使用和缺陷容忍架构也许还有可能实现。将这些功能结合在一起的小型容错记忆电路已经得到了演示，但随着一个160,000位的分子电子记忆装置（大致类似于预期中的一种“2020年”DRAM电路）的开发，这一方法又被提升到了另一个层次。该电路仍然有大量不工作的记忆位，但它们可以被轻易识别和分离出来，然后工作的记忆位就可以被配置成一个功能完善的随机存取存储器。（Letter p. 414; News & Views）在一篇News Feature文章中，Phil Ball对使用超高密度分子记忆装置所需的电脑架构进行分析。

Page: 414

对关于海洋地壳形成过程的两种研究方法的比较

海洋地壳占地球表面的2/3，已经被研究了很多年，但其形成过程仍然没有被充分认识。一个问题是不易接触性：只有很少一部分海洋地壳进行了钻探和取样（地质学研究工具），而更多是依靠如地震探测（地球物理学研究工具）等遥感方法。这两种方法导致人们对地壳结构产生一些混淆。 Christeson等人通过对根据地震探测所做的解释与地质测绘结果进行直接比较，试图使两种方法所得到的结果一致起来。新获得的数据对认为地震层2A与熔岩层厚度相关的观点提出了质疑。相反，这些数据表明，2A层反射似乎相应于熔岩层内的一个变更边界。

Page: 418

澳洲大陆更新世中期的动物

最近在澳大利亚西部干旱、无树的Nullarbor平原下面的洞穴中发现的丰富的化石源，让我们对更新世中期（距今大约800,000年至200,000年前）、远在人类到达之前澳洲大陆上的生命能够有难得的一瞥。尽管当时动植物多样性非常大（包括8种以前不知道的袋鼠物种，其中两种是树袋鼠），但当时的气候跟今天相似。这意味着气候变化一个因素不大可能是造成随后出现的将澳大利亚大型动物几乎全部消灭的灭绝事件的惟一原因。

Page: 422

对“红潮”生物的重新认识

“红潮”生物Myrionecta rubra是一种独特的海洋纤毛虫，自达尔文乘坐“贝格尔”号考察船所进行的航行（当时他们在太平洋上看到了“红潮”）以来一直让科学家感到好奇。作为惟一真正的光营养纤毛虫（以光作为其惟一或主要的能量来源），它过去被认为拥有一种永久性的、能够进行光合作用的内共生体。但根据一项新的研究，事实不是这样的。M. rubra能够从一种特定的猎物偷取、并暂时保持一个细胞核，这种猎物就是隐芽藻Geminigera cryophila。 现在，研究发现该细胞核能将其功能保持30天左右，并被用来调控所偷叶绿体和线粒体。这一被称为“karyoklepty”的新颖的“细胞器耕作”方式可能是获得生物化学势的一种强大的演化策略，也可能是研究真核生物叶绿体获取方式的一个模型。

Page: 426
酪氨酸激酶HER2 和HER3与癌症的治疗

某些酪氨酸激酶在很多癌症中过度活跃，抑制它们的药物如慢性骨髓性白血病治疗药物imatinib可以成功使用，但它们对所有由酪氨酸激酶驱动的癌症并不都起作用，新的研究工作指出了可能的原因。一种特定的激酶，即HER2，在乳腺癌中经常过度活跃，它通过该激酶家族中的另一个成员HER3传递信号。Sergina等人发现，当HER2被激酶抑制药物抑制时，一种反馈机制就会造成胞质膜中活性HER3的增加，如果HER2活性没有被彻底阻断的话，HER3将在胞质膜中继续发出癌细胞增殖的信号。所以，能够彻底阻断HER2活性（也降低HER3活性）的更有效的抑制药物也许能更有效地治疗癌症。

Page: 437

proteinthree

Nature,2007年2月1日精选

封面故事：美国飞天新计划：重返月球+造访火星

本期封面照片是“阿波罗-11”任务期间尼尔•阿姆斯特朗拍摄的，照片所示为Buzz Aldrin带着EASEP科研仪器前往该仪器的部署地点。三年前，在题为“The Vision for Space Exploration”的文件中，美国国家航空天局（NASA）介绍了关于太阳系探测活动的一个新框架，新的探测活动将像30多年前“阿波罗”时代那样再次令人振奋。新框架的执行情况如何?在该新框架中，优先执行的计划包括重返月球计划以及为首次人类飞向火星做准备等。在本期Nature上（第474页），Geoff Brumfiel报告了该项目前三年的进展情况。封面图片：NASA AS11-40-5942

Page: 474


一个涉及三个密切相关基因的气孔生物合成通道

气孔是植物的气体交换结构，是让植物能够征服大地的关键发明之一。地球上全部植物的气孔活动一起对全球碳和水循环有重要影响。所以，气孔生物合成通道的发现将有广泛意义。两个小组在本期Nature上报告，他们识别出一个涉及三个密切相关的基因的相继表达的通道，这三个基因分别是SPEECHLESS、MUTE 和 FAMA。这表明，三个密切相关的基本“螺旋-环-螺旋”（helix-loop-helix）蛋白的连续行动控制着气孔分异，这是一个与动物的细胞类型分异极为相似的机制。

Page: 501


TBPb的人类同源结构被发现

端粒（线性染色体的端部）受各种结合蛋白的保护。纤毛虫中一个重要的端粒结合复合体是TBPalpa/beta。人类有一个TBPa同源结构POT1，但此前TBPb在纤毛虫以外的生物中没有被发现。现在，两个研究小组各自独立地识别出，神秘莫测的 TBPb的人类同源结构为TPP1。令人吃惊的是，当POT1-TPP1复合体结合到端粒DNA上时，它并不抑制端粒酶的活性，而其他端粒结合蛋白却会抑制。相反，它会刺激端粒酶活性和核苷酸添加速率，即由核心端粒酶添加核苷酸的速率。

Page: 559

对“热木星”HD209458b的最新观测结果

“热木星”，即在距离非常近的轨道上绕其母恒星运行的太阳系外巨型行星，将改变我们关于什么是行星以及它们怎样形成的观点。尤其是编号为HD209458b的一颗“热木星”，它被发现有一个巨大的、逃逸的大气层，这个大气层形成了一个彗星一样的尾巴。“哈勃太空望远镜”对HD209458b的新的观测结果显示，其大气层中有一个很热的致密层，在这个致密层中，温度上升，大气膨胀，气体加速逃逸该行星。这一探测为研究太阳系外复杂的行星大气逃逸过程提供了一个新途径。

Page: 511

一个特殊类型的空穴QED体系

在空穴量子电动力学（QED）中，原子或量子点与单个光子发生强相互作用。最新研究工作表明，可以形成一个“强耦合”关系，在该耦合关系中，单个光子被吸收，并被重新发射很多次。Schuster等人建造了一个特殊类型的空穴QED体系，该体系植入在一个电路内。在这个体系中，一个超导量子位（qubit）与来自一个微波发射线的光子发生相互作用。在这一体系中可以形成一种新的作用关系，即强色散极限，在其中，单个光子对量子位有一个很大的效应，而从不会被吸收。这一发现为非破坏性计数空穴中所存在光子数量提供了可能性。该效应有可能用作量子位-光子条件逻辑的一个基础，这种逻辑是量子计算的一个要求。

Page: 515

能探测浓度低于100毫微微摩尔未标记抗体的传感器

半导体纳米线有可能用作高度灵敏的、高选择性的传感器，来探测低浓度的致病微生物，而不需要对所探测的病原体进行标记。实用微型传感器可用于诊断、国土安全和基础研究。当前的技术因各种原因尚未被广泛采用，其中包括将纳米尺度的设备集成进实用传感器中所存在的困难。现在来自耶鲁大学五个系的一个研究小组研究出解决这一问题的一个新方法。他们利用最新的（CMOS兼容的）系统制成了微型的、超灵敏的传感器，可探测浓度低于100毫微微摩尔的未标记的抗体，并且能够实时监测细胞免疫反应。

Page: 519

现代版麦克斯韦“思想实验”

在其1867年的经典的“思想实验”中，麦克斯韦设想了一个守卫着将两个充满气体的腔室分隔开的活门的小魔鬼。通过只允许快速运动的分子从左向右通过、只允许慢速运动的分子从右向左通过的方式，这个小魔鬼诱导了右腔室自然加热、左腔室自然冷却的现象。这种偏离平衡的现象是违反热力学第二定律的。来自爱丁堡大学（距麦克斯韦的出生地不远）化学学院的一个研究小组现在研制出一种分子“机器”，它能模仿麦克斯韦的小魔鬼是如何破坏平衡的。小魔鬼的这种分子化身是一种特殊设计的Rotaxane，即缠绕在一个中心轴上的一个分子环，中心轴上有这个分子环可以附着的结合点。以前的Rotaxane机器是通过扰乱它们的环结合模式来激发的，它们的环结合模式被扰乱后，会导致环在结合点之间来回运动，从而使体系回到平衡态。在这种新的Rotaxane机器中，关于环运动的信息被用来使该体系远离平衡态。但这里热力学第二定律并没有被违反，因为需要能量（能量是以光的形式提供的）来收集和传输分子信息。

Page: 523

一个演示物种间相互作用重要性的实验

生物膜是微生物群落的专门的生存环境，在这种环境中，它们通过一种由其自己分泌的细胞外聚合物材料与外界隔绝。这样形成的微生物垫曾在复杂性和生物多样性方面被与热带雨林相比。这种生物膜所承受的选择压力很可能要求各种细菌之间要有强烈的相互作用，而利用一个只含有两个物种（即土壤中的细菌Pseudomonas putida 和 Acinetobacter sp.）的简单群落所做的一个实验正好反映了这种相互作用关系有多么紧密。若以对两个物种都有利的方式改变该群落的物理结构，会导致其中一个物种的基因组发生一个简单的突变。在缺少一个伙伴的情况下，这种突变（发生在P. putida中）将是有害的。这一体系说明了物种间相互作用的重要性，并且对关于这些相互作用演化方式的研究工作也可能会有用。

Page: 533

      
TRPA1离子通道的激发机制

存在于痛觉神经元中的TRPA1离子通道会对有害的和刺激性的化合物做出反应，也会对寒冷做出反应。用小鼠做的基因剔除实验证实，TRPA1是一种生理上要求的痛觉传感器。如此多样的刺激何以激发TRPA1以前并不清楚，但Macpherson等人现在发现，TRPA1是被其半胱氨酸残体的共价修饰激发的。蛋白质被半胱氨酸活性试剂修饰并非不寻常，但这是第一次发现离子通道以这种方式被激发。TRPA1激发在对亲电性毒性和氧化性压力的响应中所起的作用也许是就可能发生的组织损伤向生物体发出警告。

Page: 541


与bicoid mRNA定位有关的特异性因子被发现

虽然bicoid mRNA（果蝇的前决定因子）是于1988年首次被定位的决定因子，但此前仍然不清楚它是怎样被定位在果蝇卵的前部的。现在，Uwe Irion 和 Daniel St Johnston已经识别出了这个神秘的特异性因子，它将RNA耦合到定位通道上，成为ESCRT-II复合物。ESCRT-II在对已经通过细胞内吞作用从细胞表面进入降解通道的蛋白质进行分类中起重要作用，并通过抑制生长因子受体来抑制肿瘤形成。但bicoid mRNA的定位是独立于内吞分类的，而且因为大鼠的ESCRT-II也结合RNA，所以mRNA定位中这一新颖的功能似乎在哺乳动物中被保留了下来。

Page: 554

chemytwei

Fe08, 2007


封面故事：光脉冲的异地复活

本期封面所示为一个引人注目的实验。在一个盒子中停止和熄灭的一个光脉冲，却在位于另一地点的一个完全不同的盒子中被恢复了过来，并沿原路送回了。在实际的实验中，一个慢的光脉冲在一个玻色-爱因斯坦凝聚态体系（第一个“盒子”）中被停止和存储起来，然后在一个相距160微米的完全不同的凝聚态体系中被恢复过来。信息是通过将该光脉冲转变成一个比光容易操控的物质行波来传输的。 该实验表明，共振激光场与玻色-凝聚态原子云之间的相互作用，为用物质来操纵光提供了一个强有力的手段，反之亦然。这种量子操控在量子信息处理及原子 波函数的受控雕刻中有可能派上用场。封面图片：Jay Penni Photography
脊椎动物器官形成的演化根源

脊椎动物胚胎中原肠胚阶段的组织体是一个信号作用中心，它决定成年后的身体主轴。因为原肠胚的形成在不同脊椎动物之间相差很大，而且涉及广泛的组织运动，所以原肠胚组织体的起源并不太清楚。相比之下，文昌鱼（一种与脊椎动物有较远亲缘关系的脊索动物）的胚胎非常简单，在原肠胚形成中组织运动极少。对文昌鱼Branchiostoma的胚胎所做的一项研究显示，它有一套脊椎动物组织体的同源结构和一套决定身体轴向模式的同源基因，这些基因在原肠胚形成过程中表达，表达模式非常像脊椎动物的表达模式。这说明，脊椎动物的器官形成有很深的演化根源。
用NMR方法探测超分子结构

蛋白酶体（proteasome）是一种大型分子机器，其作用是将受损的和误折叠的蛋白从细胞中清除。同其他较大的大分子聚合体一样，科学家也经常通过X-射线衍射或电子显微镜来对它进行定性。这些方法能提供静态三维结构，但不能显示它们是怎样随时间而变化的，而后者对于了解其功能至关重要。Remco Sprangers 和 Lewis Kay已经克服了妨碍用核磁共振（NMR）进行定量研究的分子重量局限，他们以20S蛋白酶体核心颗粒为目标，发现NMR能够探测超分子结构，比用该方法通常所探测的结构大一个数量级。这一新方法涉及用选择性同位素标记以及相关措施来保持NMR信号的寿命。该方法显示，在20S蛋白酶体核内有重要的功能性运动。
钠离子对钻酸钠性能的影响

钻酸钠非凡的电子性能和热性能使其成为人们关注的焦点：当水分子分布在氧化钴层之间时，它变成超导体；同时它还具有新颖的磁性能和较高的热电力。最近关于这些性能起源的研究工作显示，在插入层中，钠离子会形成不寻常的图案；而一项新的中子衍射和计算模拟研究则为了解这种物质中钠离子排列的图案及机制提供了进一步的线索。Na+成形会诱导库仑势发生周期性波动，这种波动在钻酸钠的运输和磁性能中可能起决定性作用。这项工作表明，通过与钠有关的化学和生化反应来在纳米尺度上切换电子流是有可能的。
始新世-渐新世过渡对大陆的影响

始新世-渐新世过渡（距今大约3350万年前）是一次重大全球气候事件。始新世末气候异常温暖，南极洲没有明显的冰，但到渐新世，南极洲有了永久冰层。本期Nature上两篇论文与这一气候变化对大陆的影响有关。Dupont-Nivet等人分析了来自青藏高原的沉积记录，发现大气中含水量有所下降，这种下降引起与南极变冷同时发生的变冷和干旱化。以前的研究工作将这一现象归于青藏高原的迅速隆起，但这一新的研究工作表明，青藏高原的区域气候受全球事件的影响。在另一篇关于同一气候过渡事件的论文（与前一篇论文无关）中，Zanazzi等人对当时北美的气候变冷情况进行了探究。他们利用来自化石牙齿和骨头的稳定同位素测定结果来生成一个代理温度记录，发现年平均气温降低了8.2°C，这个下降幅度大于海洋中的温度下降幅度。这一大陆气候过渡事件也许可解释为什么很多冷血爬行动物和两栖动物灭绝了，而哺乳动物由于能够调节其体温却躲过了一劫。
治疗帕金森氏综合症的希望

有人曾经提出，脑回中两个神经通道（“直接”运动通道和“间接”运动通道）之间活动水平的不平衡，是帕金森氏综合症中所见的运动缺陷的病根。对转基因小鼠所做的一项研究显示，所涉及的两组神经元有重要差别。具体来讲，脑回中的突触可塑性的一种显性形式，即eCB-LTD（全称为endocannabinoid-mediated long-term depression）只由间接通道的神经元表达。在帕金森氏综合症的一个小鼠模型中，通过用一种多巴胺D2受体拮抗剂和内生大麻醇降解过程的一种抑制药物来处理，使eCB-LTD活动得到“拯救”，可大大提高运动表现。这表明，多巴胺在脑回中的一个主要作用是在间接通道突触上促进eCB-LTD。以内生大麻醇降解过程为作用目标的药物有可能成为治疗帕金森氏综合症的一种新型治疗方法。
p53重新激活与肿瘤消退

p53肿瘤抑制基因的功能在大多数人类癌症中不是被关闭就是被其他改变所抑制。本期Nature上两篇论文表明，在已经形成的肿瘤中即便短暂地重新激活内生p53的功能，也能引起一些动物模型中的癌症发生消退。在一些肿瘤中，p53重新激活会引起与一个有助于肿瘤清除的先天免疫反应相关联的细胞老化。这些实验利用基因操控来改变p53的水平，但它们对认为能够提升p53水平的药物可用于治疗癌症的观点进一步提供了支持。
控制根分裂组织活性的关键

植物荷尔蒙细胞分裂素是根分裂组织的活性所需要的，而后者是高等植物连续生长的先决条件。Kurakawa等人报告，通过一种新型细胞分裂素激发酶来微调细胞分裂素活性，是控制分裂组织活性的关键。由LONELY GUY (LOG)基因编码的这种酶催化生物活性细胞分裂素的合成中的最后一步。从非活性形式向需要细胞分裂素发挥作用的活性形式的细胞特定性转化，可能是在组织中或在不需要细胞分裂素的时候阻止其作用的一种有效机制。
关于非编码RNA调控作用的一个新证据

近年来，非编码RNA（即没有被翻译成蛋白质的RNA）在调控基因表达中扮演一个至关重要的角色已经成为一个清楚的事实。关于这种调控的一个以前人们不知道的证据现在已经被发现，调控作用发生在人类二氢叶酸还原酶（DHFR）基因上。干涉RNA与DHFR基因的促进子区域形成一个复合物，在这个过程中，它干涉转录因子的结合。非编码RNA只在静止的细胞中产生，并在这些条件下导致DHFR基因受到抑制。

Page: 666
DNA去甲基化过程的一个关键调控因子

科学家越来越认识到，DNA甲基化（一个普遍存在的调控机制）可以被一个被称为“活性去甲基化”的过程所逆转，但他们对这个过程背后的机制却不是很清楚。DNA去甲基化领域的进展因缺乏关于关键调控因子的知识而受到阻碍，这些关键调控因子有可能成为揭开这一过程奥秘的起点。现在，Barreto等人报告，他们发现了一个这样的调控因子，名叫Gadd45a（全称为“可诱导生长抑制和DNA损伤的蛋白45-阿尔法”）。以前的研究工作表明，Gadd45a是p53和BRCA1肿瘤抑制基因的一个作用目标。在这里，Gadd45a是通过促进DNA修复来消除甲基化痕迹、从而解除基因沉寂的方式发挥作用的。

Page: 671

crane_1979

2007年2月15日,Nature



封面故事：撕下HIV-1的伪装

“1-型人免疫缺陷病毒”（HIV-1）因其保护性免疫伪装层而能躲避宿主防卫体系，但b12抗体能够突破这些障碍，所以它与HIV的gp120包裹糖蛋白的相互作用是疫苗和药物设计人员所感兴趣的gp120在构象上的灵活性使得分析工作变得较为复杂，但这一障碍已经通过利用稳定在CD4结合态的gp120分子而被克服。用这些“被冻结的”gp120所做的生物物理分析表明，受体的结合通过两个步骤发生：最初是一次“握手”，接着是一次改变形状的“拥抱”。抗体通过利用“握手”过程出乎意料的脆弱性来绕开gp120的保护性形状改变，这是与CD4有效结合所需要的。本期封面所示为一幅X-射线晶体图像，图上b12抗体（绿色）正在与这一新识别出的脆弱性点（黄色）结合。（Article p. 732)


团结就是力量

看着一大群鸟儿掠过天空，整齐得就像一只一样；或者看着一群鱼儿游来游去，我们的脑子不可能想象出一个能将如此多的个体这样无缝地团结到一起的过程来。一个世纪前，博物学家Edmund Selous得出这样的结论：动物群体中的个体之间能够传递思想。虽然有点牵强，但Iain Couzin却觉得，认为群体成员通过一起工作能够获取高层次计算技能的观点也许有一定道理。（Connections p.715）

防止近亲结婚

近亲交配是糟糕的，很多动物已经进化出了评估基因相关性以避免近亲交配的机制。人类是否也有这种“内置”的机制一直存在争议，但对同胞行为所做的一项新的研究工作，发现了支持这一观点的证据。该研究表明，我们利用两个截然不同的线索来计算一种“亲缘指数”。如果一个潜在的同胞较年轻，我们就会去分析他或她花多少时间与我们的母亲在一起。如果这个同胞较年长，我们就会分析我们自己花多少时间与这个人在一起。（Article p. 727）


矮球星系为什么这么“暗

矮球星系被暗物质所支配，在它们当中，Draco、Ursa Minor和Andromeda X是“最暗的”。迄今所提出的解释它们形成的模型中没有一个能解释为什么它们的暗物质含量特别高同时它们又距一个要比它们大得多的星系那么近。Mayer等人现在报告了他们的模拟研究结果，这些结果表明，它们的祖先很可能是气体占支配地位的矮星系，这些矮星系在其他矮球星系之前变成了一个更大星系的卫星。
大约100亿年前，此起彼伏的震动和撞击压力使它们的祖先天体完全失去了其气体，留下的是在一个更大的暗晕中的微小的恒星成分，这就是我们今天所看到的。（Letter p. 738）


等离子体加速器：一米相当于三公里

等离子体粒子加速器特别引人注目，因为它们能够产生的加速场比在传统碰撞设施中所用的加速场大若干个数量级。在斯坦福线性加速器中心（SLAC）所进行的一项实验中， 研究人员成功地用一个高能电子束来驱动一个等离子体尾场加速器。这种类型的加速器利用激光脉冲之后出现的 强电势梯度（尾场）来驱动粒子。实验中，研究人员观测到了非同寻常的加速度：注射进去的电子中有一小部分在不到一米长的距离内获得的能量增加相当于在3公里长的SLAC加速器上所获得的能量增加。这是为展示等离子体加速器在高能物理上的应用所迈出的重要一步。（Letter p. 741）

制造耗电量极低的有机电路的新方法

有机晶体管和电路在实现未来折叠式显示器、人性化机器人的适应性传感器和普遍性射频识别标签方面表现出很大的希望。但当今的有机电路需要15-30伏（相当于10到20个电池的电量）的电压，它们的耗电量足以在一天之内将这些电池耗尽。为了克服这一主要障碍，Hagen Klauk等人开发出一种制造有机电路的方法，这样制造出的有机电路用一只1.5伏的电池就可以工作几年时间。这种方法的关键是，使用由一种绝缘有机物构成的薄层，这个薄层仅有一个分子厚。虽然该薄层非常薄，但它只泄露少量电流，却能提供很大电容。两种不同类型的有机半导体材料被用来制造晶体管、有机门和环形振荡器。（Letter p. 745）


具有可控制孔径的超薄硅薄膜

纯化、处理和识别生物分子的程序在日益微型化和自动化。这些工作将受益于一种高效的过滤材料，该材料可被方便地融入到微流体系统中。现在，纽约罗切斯特大学的一个小组开出一种具有可控制孔径的超薄硅薄膜，并用它们来根据大小或电荷分离蛋白质。这些薄膜薄到分子水平（15纳米），能使运输速度达到最大，使蛋白损失降到最低，但又极为坚固。这些薄膜制造成本不高，所采用的硅平台，使得它们非常适合用在微流体设备中。（Letter p. 749）


地球“嗡鸣声”的来源

地球会定期发出一种低频“嗡鸣声”，相当于一次5.75级地震释放出的能量。自从其发现以来，这一“噪音”的来源一直被猜测是大气、海洋和固体地球之间相互作用的某种组合，但准确来说它到底是什么产生的仍然是个谜。现在，SpahrWebb发表了相关计算结果，这些结果表明，由海浪与浅层大陆架之间、而不是与大气波动之间相互作用产生的地震能量，很可能是这种“嗡鸣声”的来源（Letter p. 754）

物种越丰富竟然演化潜力越低

有高物种丰富度的地区、尤其是当地所特有的物种数量多的地区，似乎是物种保护工作的明显候选对象。但这几乎无法解释那个生态系统内动植物的演化潜力。由于发生迅速全球变化的可能性非常大，所以演化过程的保护越来越被认为是一项优先工作。现在，对南非开普地区著名植物生物多样性热点所进行的一项详细分析得到一个发生深思的结果：物种更为丰富的开普西部地区比更多被忽视的东部地区演化潜力更低。东部地区比西部地区物种更少，但有更大系统发生多样性，这是生物多样性的一个指数，所反映的是将一组给定的物种连接起来的演化通道的长度。这一发现对于生物保护规划工作有重要意义。（Letter p. 757）


TCTP与 TSC信号通道之间的重要联系

“通过转录控制的肿瘤蛋白”（TCTP）一直被认为与哺乳动物细胞中的肿瘤发生有关，但它在活体中的作用仍然不知道。现在，用果蝇所做的一项研究显示，在TCTP 与 TSC信号通道之间有一个重要联系。“结节性硬化症”（TSC）是一种良性肿瘤病症，由TSC1 或 TSC2肿瘤抑制基因的突变起,TSC信号作用是一种用于生长控制的在演化过程中保留下来的信号通道。在果蝇身上获得的这一遗传学和生物化学证据表明，TCTP是Rheb的一个直接调控物质，后者是作为TSC通道构成部分的一个Ras超级家族的GTP酶。因此，TCTP是“结节性硬化症”的一个潜在治疗目标。（Letter p. 785）

proteinthree

Nature, vol. 445, no.7130  

Cover Story封面故事：东爪哇泥火山喷发是人为造成的？
  
本期封面所示为当地居民正努力从一个被来自“Lusi”泥火山的泥和水冲毁的工厂中往出清理货物。该火山首次于2006年5月29日在东爪哇的Sidoarjo地区喷发。最近的一篇关于该火山喷发原因和影响的报告预测，它将继续喷发，每天喷出7000至15万立方米的泥浆，持续很多个月时间，在火山喷口周围留下一个面积至少10平方公里的地区数年不适宜居住，有超过11000人将永久离开家园。至于原因，却存在争议。认为这是一个自然现象、是由喷发前两天附近发生的一次地震诱发的观点受到地质学家的质疑。他们说，该火山的喷发几乎肯定是人为的，是人们在附近为勘探天然气进行钻探造成的。David Cyranoski对该火山喷发当前的状态及它所引起的争议进行了报道。

Page: 814


  
一颗太阳系外行星的红外光谱

能够探测到一颗太阳系外的行星本身就是一件了不起的事情，但现在这种了不起的事情已经被做了超过200次了，现在天文学家正在研究能够实际上对它们进行观测的方法。在已知的太阳系外行星中，14颗从地球上来看在它们的母恒星面前有“凌日”现象。对它们来说，光谱观测可以探寻它们大气层的自然状态，而且理论上，将我们所看到的这样一颗行星在其恒星“后面”时的光谱从它在“前面”时我们所看到的光谱中减去，剩下的应当是这样一颗太阳系外行星的实际光谱。现在，实践已经跟上了理论的发展，利用“斯皮策天文望远镜”，研究人员已经获得了“凌日”的“热木星”HD 209458b的一个红外光谱。该光谱显示了一个中心位置在9.65微米附近的峰，是由硅酸盐云所发射的光产生的；另外，在7.78微米处还有一个狭窄的、性质尚未确定的峰。

Page: 892


鸟儿也知道想着明天  
关于动物是否能进行遐想、是否能预期某种需要而对未来进行规划存在很多争论。要证明一个动物的行动是这种遐想的结果是很困难的，但研究人员对一种鸟（西方灌丛鸦）所进行的研究似乎正好完成了这样一项工作。研究人员进行了两个实验：一个是“对早餐进行规划”的实验，另一个是“早餐选择”实验。两个实验都表明，这种鸟能够为未来的需要做准备: 一种办法是特意把食物存在某个地方，在这个地方，它们已经知道自己第二天早上会饿；另一种办法是，专门把某种特别的食物保存在一个自己第二天早上不会吃到的地方。这两个实验的结果表明，这种鸟是本能地为明天做准备的，并没有参考它们当前的动机状态。

Page: 919



新发现的四个II型糖尿病致病基因  
暴饮暴食和缺少运动是II型糖尿病的主要病因，但它们只影响在遗传上易得糖尿病的人，而且这种疾病的遗传基础非常复杂。然而，最近的研究工作表明，特定基因可能与患这种疾病的风险有关，而且，现在利用高密度基因型分析阵列在整个基因组范围内进行的一次搜索，发现了四个以前不知道的基因是糖尿病风险因子，证实了糖尿病与TCF7L2基因之间一个人们已经知道的联系。这五个基因位点一起可能构成II型糖尿病患病风险的相当大一部分，而对它们的功能进行分析应能弄清糖尿病的发病机理并找到新的治疗目标。而在此之前，有这些突变的人通过调整饮食就有可能降低他们的患病风险。

Page: 881


“量子点空穴”体系的量子性质得到实验证实
“空穴量子电动力学”（QED）研究一个量子发射体（如一个原子或一个量子点）与来自一个辐射场的一个单一模式之间的相互作用。当二者强烈耦合时，就有可能实现关键量子信息处理任务。在固体状态，这可以通过将半导体量子点耦合到光学微空穴中实现。然而，要确认量子点在量子信息应用中的功效，需要在强耦合情况下证实“量子点空穴”体系的量子性质。现在，苏黎世联邦高等工学院和加州大学圣巴巴拉分校实验室所进行的一项合作研究，为我们提供了这种证实。在他们所进行的实验中，有一个光子晶体纳米空穴，在这个空穴中，只有一个量子位精确位于空穴电场最大处。

Page: 896


南极发现四个冰下湖泊  
人们在南极洲冰层下的湖泊中发现有水，这些水可在湖泊之间流动并被灾难性地排尽。尽管如此，人们对冰层下湖泊是怎样影响冰层动态的却知之甚少。现在，卫星影像识别出了四个冰下湖泊，总面积跟Vostok湖差不多，正好处在南极洲东部“恢复冰河”的冰溪开始的地方。这表明，冰下湖泊可能会启动并维持迅速的冰流，这是一个在将来的冰层质量平衡评估中需要考虑的机制。

Page: 904

海狗保持遗传差异性的本领  
在很多物种中，挑剔的雌性会聚集在雄性所在的被称为“lek”的特定地方，或前往这些地方，以向雄性展示它们是潜在的交配对象。但这里有一个潜在的问题：如果雌性总是喜欢最鲜艳的雄性，那么遗传差异就会消失。对南乔治亚的一个南极海狗群落所进行的一项研究，有可能在某种程度上帮助解开这一“lek矛盾”。在这里，雌性海狗总是准备去寻找最好的雄性，而雄性基本上是静止不动的，雌性在群落中来来往往，在雄性之间的进行选择。结果是，雌性会想办法在潜在交配对象的相关性与异合性之间保持平衡，从而来维持差异性。

Page: 912


人类与肠道细菌Helicobacter pylori的历史渊源  
一半以上的人被肠道细菌Helicobacter pylori感染，它能引起消化性溃疡，是胃癌的一个风险因子。对该细菌的分离菌种的遗传变异所进行的一项大型研究表明，该细菌遗传多样性分布中的关键模式所反映的正好是其人类宿主的同一模式。由于在人类中，随着距东非距离的增加，遗传多样性在不断丧失，说明在距今大约58000年前人类就已经感染了能引起溃疡的细菌，当时人类正在走出非洲。人类与Helicobacter pylori细菌似乎是在同一时间尺度上从东非向外扩散的，说明它们之间的联系在“走出非洲”事件之前就已经存在了。该研究小组还发现，这种细菌的基因组成比人类的基因组成更多样，所以对该细菌的DNA进行分析也许有助于将来的研究工作。

Page: 915