《自然》杂志每期内容精选

ivy

Nature, vol. 446, no.7131

March 01, 2007

封面故事：DFM的最新应用

“动态力显微镜”（DFM）是通过探测一个原子力显微镜（AFM）的振荡尖和一个表面之间相互作用来工作的，它已经发展到了对绝缘体、半导体和金属表面的探测达到真正原子分辨率的程度。在本期Nature发表的一篇具有里程碑意义的研究成果中，该方法被用来进行一个多元素体系中单个原子的化学识别。该方法涉及对被探测原子与AFM尖部之间短距离化学力的精确量化，它能为低温及室温环境提供一个可靠而通用的识别工具。本期封面所示为由硅原子（红色）、锡原子（蓝色）和铅原子（绿色）按相同比例在一个硅（111）基质上形成的一种表面合金的一幅形貌图。这种原子级的识别方法在如催化、材料科学和半导体技术等广泛的研究领域都可能找到用武之地。

似平而不平的膜状石墨材料Graphene

Graphene—一种最近发现的厚度只有一个原子那么大的石墨—是材料科学和凝聚态物理学中最热门的研究课题之一。在一项实验中，研究人员将各层Graphene悬挂在微型脚手架上，这样，就可以用透射电子显微镜来确定其结构，从而也许可为回答Graphene这样一种物质为什么会存在的问题铺平道路。看来，呈二维层状结构的Graphene实际上并不是平坦的，而是波状的。在一个两层体系中，这种起伏不是很明显，在多层体系中会完全消失。了解更多关于这种“波动”的性质，也许有助于弄清为什么这些极薄的碳膜如此稳定。

CD38对行为的影响

跨膜信号糖蛋白CD38的一个出乎意料的活动表明，它有一个新颖的行为作用。CD38存在于很多免疫细胞表面上，与无脊椎动物卵的授精、HIV感染、某些癌症以及糖尿病等有关。大脑中CD38的含量很高，这在以前让人感到困惑，而现在则容易理解了：研究发现，它调控小鼠催产激素在原生质中的含量。缺少CD38的小鼠表现出有缺陷的哺育行为（雌性）和社会行为（雄性）。这表明，CD38调控母性和社会行为，是神经发育失调的一个可能的因素。

“安德森局域化”效应的实验观测

固体物理中最有趣的现象之一是“安德森局域化”（Anderson Localization），它预测当把一个电子置于一个紊乱的晶格中时，这个电子就会被固定。由菲利普•安德森1958年建立的这个模型原是用来解释晶体是怎样停止导电并变成绝缘体的（以及回答它们当中的缺陷密度什么时候增加），几十年来却被用来了解固体结构中的电子性质。然而，真正的“安德森局域化”效应尚未在原子晶体中观测到，因为它们往往会与该模型所描述的情形有所偏差（按照该模型的描述，该现象是一个具有被凝固在了时间中的波动的周期势）。现在，以色列海法技术学院所做的新的研究工作，通过使用一个在其上施加了随机波动的光子晶格，在一个由被扰动的周期势构成的真正的安德森晶格中证实了局域化效应的存在。这些发现提出了与紊乱和非线性之间相互作用的基本性质相关的有趣问题。

脊索功能的一种特殊组织类型

研究人员在脊索中发现了一种出乎意料的功能组织类型：幼小斑马鱼脊索中沿背腹轴方面的一个神经元的位置，与诱发该神经元爆发的游动速度直接相关。电生理学和活体成像研究显示，位置更靠背部的运动神经元和激发性中间神经元游动速度更快，而位置更靠腹部、朝向脊索下半部分的神经元爆发速度较慢。脊索功能的这种明显分布，能使斑马鱼在其全部速度范围内游动效率更高。早期脊索发育从鱼类到两栖类和哺乳动物在演化过程中都被高度保留了下来，所以这种类型的组织在动物界的其他地方也许还能找到


低钾型周期性麻痹的一个可能的分子机制

钠输送通道固有的缺陷引起若干种遗传性“离子通道病理”，包括周期性麻痹、心律不齐、癫痫和慢性疼痛。然而，其他一些“离子通道病理”背后的分子机制我们还不知道。低钾型周期性麻痹就是其中的一个，现在，研究人员为这种病理找到了一个可能的解释。根据对蟾蜍卵所做的研究，似乎门控小孔电流（提供一个电压探测功能）所发生的突变与该病理及该疾病的遗传有关。对其他“离子通道病理”中已知突变所做的扫描，显示了可能改变门控小孔电流的其他缺陷，所以这一机制也许是造成该疾病的一个重要因素。

兔唇的出生前防治有了希望

如果能够找到一种新颖的化学遗传学方法，来以一种可逆的、时间受到控制的方式调控小鼠胎儿中的一种重要发育蛋白（GSK-3β），那么这种方法将具有重要意义。引人注目的是，这种调控可在母亲子宫内实现。GSK-3β (glycogen synthase kinase-b)参与很多不同的生物学过程，通过基因工程方法使其失去这种酶的小鼠会出现兔唇，这种出生缺陷可通过子宫中的挽救手段得到逆转。在这一研究具有临床意义之前，还需要实现几个关键的突破，但显示基于小分子的治疗方法能够防止出生缺陷的实验结果是一个重要的原理证明。


可有效控制出血热的抗体

转铁蛋白受体-1(TfR1)已被发现是四个“新世界”沙粒病毒的细胞受体，这四个沙粒病毒分别是Junin、Machupo、Guanarito 和 Sabia病毒。这一类沙粒病毒之所以重要，是因为它们能引起致命的出血热。用一种针对TfR1的抗体来处理培养的细胞，能阻止病毒进入和复制。限制沙粒病毒抗体复制、而又不干扰宿主离子代谢的抗体，也许能够有效控制“新世界”出血热。


一种昆虫病毒多面体微晶的分子结构已被确定

能够产生传染性多面体结构（包裹数以千计病毒微粒的晶体）的昆虫病毒广泛存在而且相当重要。这种多面体微型晶体非常稳定，能使疾病持久存在，能威胁到蚕茧收成等。现在，这样一种晶体的分子结构已经被确定。这是蛋白质X-射线微晶研究中的一个重大技术成就，因为这些病毒是迄今被用来确定原子结构的最小的蛋白晶体。该研究显示了非常稳定的多面体结构，它们有可能用作生物杀虫剂的输送胶囊，也可用于微阵列等纳米生物技术应用。


Graphene材料中的超电流

Graphene已经成为凝聚态物理学中的一个模型体系，因为其带电荷的粒子能以相对论速度运动，从效果来看，其行为就好像它们没有质量一样。这种现象导致了一些奇特的电子输送性质，就像本期Nature所介绍的那种。在夹在两个超导电极之间的一个Graphene层中，一个超导电流可在低温下流动。电流要么是被电子、要么是被空穴运载的，这取决于门电压，因而也取决于Graphene层中的电荷密度。有趣的是，即使当电荷密度为零时，一个有限的超电流（supercurrent）也可以流动。这些观测结果为研究被称为“时间反转对称”的相对论现象以及Graphene中的电子输送机制提供了线索。

ivy

Nature, vol. 446, no.7132  March 08, 2007
封面故事：格陵兰冰川的历史

本期封面所示为2006年由南安普顿大学的Simon A. Johnson拍摄的一个格陵兰冰排（ice raft）。从始新世到渐新世的过渡（距今大约3350万年前）时期，全球气候发生了一次重大变化，从没有大冰层变化为有一个永久性的南极冰层，大小跟今天的南极冰层差不多。然而，关于北半球早期冰川史的性质却很有争议。本期Nature上一篇论文，报告了来自挪威-格陵兰海的晚始新世至早渐新世沉积层中的从地层学来说范围很大的冰排碎片，是在距今3800万年至3000万年前沉积的。这表明，格陵兰冰川的存在要比以前所记录的早2000万年。“国际极地年2007-2008”本月开始，Nature杂志将通过报道即将进行的钻探项目以及关于未来北极变暖最新预测的系列News Features文章，来配合“国际极地年”活动。

与癌症有关的突变

通过扫描定位（mapping）、生物鉴定（bioassay）等成熟方法以及通过识别可信的生物学候选目标，已经识别出了超过350个致癌基因。现在，人类基因组序列的确定意味着，大规模测序研究能够进一步发现很多候选致癌基因。蛋白激酶是很多调控过程的关键，它们功能的丧失是肿瘤的一个常见的诱因。所以，研究人员选择了一批与超过200种癌症相关的528个激酶，来进行一个大型测序研究工作。该研究显示了超过1000个以前不知道的突变，它们以某种方式与肿瘤的形成有关：其中有些是所谓的“乘客”突变，即不参与癌症形成；但其中超过100个是所谓的“司机”突变，它们参与癌症形成。这种类型的基因家族研究，能发现导致癌症的缺陷，也能发现分子诊断和治疗的新目标。

矮新星与经典新星之间的联系找到观测依据

矮新星是一种激变变星(cataclysmic variables)，它包含一个坍缩的白矮星，后者从其在一个双星体系中的伴星（一个红矮星）获得物质而不断增长。一种不稳定因素周期性地将物质倾倒到这个白矮星上，使其发光度增加100倍。经典的新星要比矮新星亮数千倍，同时伴随着该体系周围壳层的形成。理论预测，矮新星最终将获得足够多的质量，从而经历经典的新星爆发。现在，矮新星与经典新星之间这一被怀疑存在的联系，随着在矮新星Z Camelopardalis（简称Z Cam）周围一个古老新星壳层的发现，已经有了一个观测结果作为依据。该壳层的性质表明，几千年前，Z Cam经历了一次经典的新星爆发，并且在若干天里它是天空中最明亮的星星之一。

火星Meridiani地区蒸发岩的形成机制

由“机遇者”漫游车所勘察的火星Meridiani Planum地区的蒸发岩沉积物，被解释为存在一个波动的地下水位的证据。但这种解释有一个问题：这个地区首先没有盆地地形来解释蒸发岩的存在。一个新的水文学模拟研究绕开了这一困难，因为研究人员提出了一个机制，按照这个机制，蒸发岩是有可能在Meridiani地区形成的，而不需要在一个封闭的盆地中积聚水，原因是火星全球地下水在不断上涌和蒸发。

双通道Kondo效应已被观测到

半导体量子点（紧紧束缚电子运动的纳米结构）已成为研究和操纵一个或几个电子行为的有用的模型体系。被研究得最彻底的现象之一是Kondo效应，即一个量子点上的一个孤立的电子自旋与电极中的大量电子发生强烈相互作用，产生一种复杂的多粒子状态。一个有微妙不同的、但观测起来却要困难得多的现象是双通道Kondo效应，即两个电极中的电子通过它们与局限在一个量子点中的单独一个自旋之间的相互作用纠缠在一起。与传统Kondo效应不同的是，这一新效应无法在关于费米液体的电子行为的传统画面中来描述。现在，科学家苦苦追寻的双通道Kondo效应已在量子点中被观测到，而该效应首次被预测到已是25年前的事情了。该体系可在显微尺度上实现精确控制，所以这一成果可以被看作是朝着实现根据需要来设计半导体纳米结构的方向迈出的一步。

双通道Kondo效应已被观测到

半导体量子点（紧紧束缚电子运动的纳米结构）已成为研究和操纵一个或几个电子行为的有用的模型体系。被研究得最彻底的现象之一是Kondo效应，即一个量子点上的一个孤立的电子自旋与电极中的大量电子发生强烈相互作用，产生一种复杂的多粒子状态。一个有微妙不同的、但观测起来却要困难得多的现象是双通道Kondo效应，即两个电极中的电子通过它们与局限在一个量子点中的单独一个自旋之间的相互作用纠缠在一起。与传统Kondo效应不同的是，这一新效应无法在关于费米液体的电子行为的传统画面中来描述。现在，科学家苦苦追寻的双通道Kondo效应已在量子点中被观测到，而该效应首次被预测到已是25年前的事情了。该体系可在显微尺度上实现精确控制，所以这一成果可以被看作是朝着实现根据需要来设计半导体纳米结构的方向迈出的一步。

动物能飞是因基因组变小

与脊椎动物飞行有关的、人们不是很了解的因素之一是基因组大小的减小。鸟类与脊椎动物相比基因组小得多，蝙蝠一般比不会飞的脊椎动物基因组要小。但是，是飞行使得基因组变小的、还是基因组变小才使得动物能够飞行的？根据对恐龙骨细胞体积和基因组大小所做的广泛分析来判断，事实似乎是后一种情况。基因组减小可以追溯到蜥臀目恐龙（在这一类恐龙中鸟类是惟一现存的成员），但在鸟臀目恐龙中却没有。所以，基因组减小就可以归到我们现在跟鸟类联系在一起的一组形态特征中，这些形态特征可以远远追溯到鸟类的恐龙祖先。

关于皮肤更新机制的新模型

30多年来，被人们所接受的表皮动态平衡模型一直假设，皮肤组织是由两组单独的先祖细胞来维持的。过去，自更新干细胞被认为产生短寿命的先祖细胞，后者又形成新的表皮。Clayton等人现在提出，这一假设可被一个更简单的模型代替，按照这个更简单的模型，仅一种类型的先祖细胞发生非对称分裂，其分裂速度可确保表皮动态平衡。

大脑确定方位的方式和机制

人们的定位能力取决于大脑对关于位置、方向和距离的信息的综合能力。最近的研究成果表明，大脑“嗅内野皮質”（entorhinal cortex）中的“网格细胞”（grid cells）是大脑计算位置的机制的一个构成部分，但科学家对负责空间导航和空间记忆形成的神经网络计算却不了解。现在，让大鼠在变化的环境中寻找食物来源的实验显示，海马体中记忆的表示有两个截然不同的代码。海马体地点细胞中在统计上独立的表示方式的形成（“重新定位”过程），总是在“嗅内野皮質”中相应的全部定位图的一致的迁移之后进行。这将使一个动物的位置能够被其遇到不同环境时的同一翻译机制来表示和更新。

表皮组织被确定是决定植物根生长的关键

植物根由三个组织类型形成—表皮组织、表皮下组织和内层细胞组织。其中的一个类型是决定植物最终大小的关键，但到底是哪一种，一个多世纪以来一直有争议。现在，矮拟南芥植物中油菜素内酯(brassinosteroid)生物合成基因的定向表达实验为这个问题提供了答案：是表皮组织既促进根的生长又限制根的生长。油菜素内酯是在化学性质上与“可的松”（cortisol）有关的植物激素，对植物生长有广谱效应。

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March 15, 2007
封面故事：瑞典博物学家林奈诞辰300周年


2007年是瑞典博物学家林奈（Linnaeus）诞辰300周年，本期Nature也来凑这份热闹。相关文章包括对系统发育基因组学现状的分析、关于《濒危物种法案》的政治问题、以及对业余分类学家所起作用的分析与评估等。两篇评论文章（分别在第259页和261页）讨论了在数据处理方式发生了革命性变化和生命科学其他领域迅速发展的情况下继续采用林奈物种分类方法所存在的问题。Staffan Müller-Wille解释了在Systema Naturae中提出的risqué概念何以使得分类学被当成一种业余爱好而流行。事实上，林奈的著作今天仍然在影响着生物学研究，读者在本期Nature上第279页和第312页的研究论文中就能发现林奈思想的强烈影响。而且，如果你仔细看的话，也许在本期其他地方也能找到这种影响。封面图片：Jovan Djordjevic
Page: 279 ]

杂交物种形成方式可能更普遍

杂交在新物种形成中的作用是一个有争议的话题。在植物中，涉及多倍体的杂交物种形成（例如染色体的复制）很常见，而在本期的一篇综述文章中，James Mallet提出的遗传学证据表明，没有多倍体的杂交物种形成要比所想的更普遍。也许令人吃惊的是，该观点除了植物外也适用于动物，包括人类在内——在人类这个分支中，杂交甚至在智人（Homo sapiens）起源之初就是一个因素。
Page: 279

SOCE的分子基础已基本清楚

“钙池调控钙离子进入”（SOCE）是一种普遍的信号过程，在这一过程中，内质网（ER）中Ca2+水平的降低诱发Ca2+穿过胞质膜向里流动。自Jim Putney首次于20年前描述这一过程以来，SOCE已经在几乎所有细胞中被探测到，它涉及到诸如分泌、生长控制、淋巴细胞激活和免疫等重要功能。尽管人们对SOCE非常感兴趣，但其分子基础在前不久为ER Ca2+传感器编码的基因以及“由Ca2+释放激活的Ca2+”（CRAC）通道被发现之前仍然不清楚。现在，关于CRAC通道激发过程和SOCE过程的一个分子画面正在开始出现。
Page: 284
中耳的演化过程

中耳的三块小骨头由爬行动物下颚构成部分的形成，是哺乳动物演化过程中的一个关键事件。以前，这一过渡从未像在一个原始哺乳动物化石中所看到的那么清楚。该化石是最近在中国义县组的一个新地点发现的，位于辽宁省的经典化石产地以西300公里。在这一标本中， 中耳骨仍然由麦氏软骨（Meckel’s cartilage）与下颚连在一起，这个过渡与下背部一次相应的重塑相关。但情况并不像表面上看起来那样明了。该化石的演化关系表明，要么“现代的”中耳独立演化过两次，要么它曾经涉及过至少一个古代分支、然后又在它们身上消失了。
Page: 288
一个由碰撞产生的“柯伊伯带天体”家族

在小行星带中，有很多单独的小行星家族，每个家族由有相似轨道的很多小行星组成，它们是一次灾难性碰撞所留下的残留物。过去，在海王星以外的遥远太阳系中一直没有探测到由碰撞产生的小行星家族。但是现在，Brown等人介绍了一个柯伊伯带天体（KBO）家族，它们的表面性质和轨道与2003 EL61的几乎相同，后者是第三大已知的KBO，大到足以拥有两个卫星。 该家族成员自形成它们的碰撞以来的历史，将为了解太阳系中巨大碰撞的后果提供新的数据。
Page: 294
用非吸收性原子流探测光子

在连续观测的微观量子体系中，应有可能探测到被束缚的粒子的量子态的突然变化或跃迁。科学家已经用有质量的粒子如电子和分子等做到了这一点，但对没有质量的光量子一直没有可能做到，因为标准的光探测器吸收光，使得无法对同一光子进行重复测量。现在，通过使用一个非吸收性原子流来探测存储在一个超导空穴中的微波光子，这一障碍已经被克服。高度关联在同一状态的数百个原子的次序被突然的状态切换所中断。这些电报信号记录着单个光子的出生、寿命和死亡。这个结果接近了爱因斯坦希望对单个光子进行测量和称重的梦想，而在该实验中，一个原子流充当了爱因斯坦所希望的灵敏天平。
Page: 297
能钻比本身尺寸小很多的光钻头

机械工具的尺寸限制了它们的空间分辨率。例如，对一个钻头来说，其直径就决定了它所能钻的（最小）孔的大小，用10-毫米钻头来钻1-毫米的孔显然是不可能的。然而，在光学世界里，这种“不可能”是能够发生的。Aeschlimann等人展示了一种基于光的工具，它不仅能够钻比其本身尺寸（由其波长决定）小很多的孔，而且能够在可以选择的位置上做到这一点，这些位置可以以光速来改变。该实验将适应性控制与纳米光学结合在一起，来控制光与物质之间的相互作用，分辨率可以达到亚波长水平，时间精度可以达到飞秒级。
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震动、慢滑动与地震

持续时间较长的地震信号会在一些大断层上间歇性出现，经常伴随着非地震事件或“慢滑动”地震事件。这种震动背后的机制及其与非地震滑动的关系尚未被弄清。David Shelley等人发现，日本四国地下的震动可以解释为大量小型低频率地震，其中每次都是作为潜没带板块界面上的剪切断层作用出现的。这表明，震动和慢滑动是一个单一过程的不同显示方式。
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排水草科是被子植物的近亲

排水草科(Hydatellaceae)是小型水生植物，生长在不引人注目的地方，传统上被认为是单子叶开花植物，与草本有关。现在，研究人员利用最新分子技术对它们进行了研究，发现它们原来是睡莲（水百合）等基础被子植物的近亲，这便大大提升了它们的重要性。它们似乎属于一种以前未得到认可的分支，是从接近被子植物根部的地方分出来的一个分支，它是对1999年发现的三个最深的分支的一个根本性的补充，这三个分支曾经重新引发分子生物学家对被子植物起源的兴趣，达尔文曾经将其起源称之为一个“可恶的秘密”。
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血液的形成与信号作用

在本期Nature上，来自不同研究小组的两篇论文在果蝇的淋巴腺中确定了一个信号作用中心，它控制血液细胞前体的维持。在果蝇淋巴腺的“后信号作用中心”（PSC）中产生的信号，通过JAK/STAT 和 Notch信号作用通道控制先祖细胞和发生分异的血液细胞的平衡。Mandal等人还发现，PSC是被同源基因Antennapedia在胚胎发育早期确定的。Krzemien等人发现，来自PSC的Notch信号作用控制Collier，它是果蝇身上相当于哺乳动物早期B-细胞因子的一个成分。这项工作表明，关于血液形成的果蝇模型体系，有可能是对与自己的生存环境发生相互作用的血液细胞前体进行基因操纵和直接活体成像研究的一个重要工具。
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组蛋白伴护分子CIA/ASF1的晶体结构

核小体（染色质结构的最小单位，由组蛋白和DNA组成）的结构转换对由DNA调控的反应有关键效应。核小体组装和分解的机制一直难以确定，但是现在，一个与组蛋白H3 和 H4形成复合物的组蛋白伴护分子CIA/ASF1的晶体结构已被确定。该研究显示，这一伴护分子能够破坏组蛋白H3-H4四聚物的结构。
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March 22, 2007
封面故事：可以“推”动的化学反应


大多数化学反应的进行，需要反应物越过一个能量障碍。通常所提供的能量是热能、光能、压差或电势。现在，令很多化学家感到吃惊的是，机械力也被列在其中。也就是说，对于一个化学反应来说，我们可以把它“推”一把。在超声波的影响下，特殊设计的聚合物的重排反应可以加快，反应通道会出现偏向，产生从纯粹热或光诱导反应不能获得的产物。这些聚合物含有一种mechanophore，其位置在来自拉伸流（extensional flow）的力最大的点上。除了为控制化学反应提供新方法外，这项研究工作还会导致具有机械适应性的材料问世，如能够产生一种信号来警告将要出现的损坏、进行结构改变以减慢损坏速度、甚至自我修复的聚合物材料。封面图片：Benjamin Grosser, Imaging Technology Group, Beckman Institute, UIUC

大型梭菌类细胞毒素的自催化分解

Clostridium difficile是在医院中发生的感染的原因。它见于一些健康成年人的大肠中，正是由于在抗生素治疗过程中“好的”肠道细菌数量的减少，才为C. difficile毒素引起严重腹泻和大肠炎创造了条件。一项新的研究表明，所有大型梭菌类细胞毒素的分解是一个自催化过程，也就是说该毒素激发其本身，是由宿主纤维醇磷酸酯共因子诱导的。C. difficile感染极难治疗，所以将治疗药物瞄准这一由毒素激发的分解过程具有潜在重要性。
维生素B12生物合成的最后一关被攻克

维生素B12（钴胺素）是已知最大的非聚合物天然产物之一，是惟一完全由微生物合成的一种维生素。尽管进行了多年研究，但科学家对该维生素的一部分的生物合成仍然很不了解。现在，研究人员终于揭示了其生物合成中的最后一个未知步骤。BluB的X-射线晶体结构已被确定。它是一种酶，利用分子氧来分解黄素（四羟酮醇）单核苷酸共因子，形成维生素B12的低配体。这一反应是一例不寻常的过程，即一种共因子在酶催化下被破坏来合成另一种共因子。
关于金催化活性的研究

含有金的过渡金属催化剂，尤其是cationic phosphine-gold(I)复合物，正在成为种类越来越多的合成转化反应的强大催化剂。对金、尤其是对相对论效应的理论研究，能为合理解释这些催化剂所观测到的活性提供一个框架。David Gorin 和 F. Dean Toste利用实验和计算数据总结了我们目前对均一的金催化作用的理解，重点是以前未研究过的活性以及新方法的开发。
不用保护官能团的新合成方法

全合成（用结构较简单的起始材料来合成复杂有机分子的过程）在过去50年里取得了引人瞩目的进步。尽管取得了这些进步，但能够生成足够数量大天然产物、供进一步研究的合成路径仍然是一个相当大的挑战。为了满足这一需求，一组化学家发现，在合成过程中使用“保护”官能团的例行做法是实现这一目标的一个关键障碍。在一个分子的其他部分在发生化学转变的时候，经常需要“保护”官能团来掩蔽该分子的活性部分。为了演示新方法所具有的潜力，该文作者们在没有使用任何一个“保护”官能团的情况下合成了一个大家族的海洋生物碱中的几个成员。该方法使他们能够在10步或更少的反应步骤中获得以前需要20步或更多化学反应步骤才能获得的数量有意义的分子。
地幔上涌事实上不对称

新海洋壳是随地幔上涌在中洋脊产生的，这个过程过去被假设在活跃山脊下是对称的。但来自East Pacific Rise的新的地震成像数据表明，事实不是这样：地幔上涌事实上是歪斜的。这也许是海洋扩散中心的分割化的部分原因，并且也许还可解释为什么该山脊的一部分火山和热液活跃、而另一部分却处于休眠状态。
YORP效应被观测到

YORP（Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack）效应是太阳系中的一个重要影响因素。实际上观测它的作用过程是非常困难的，但是现在，对小行星1862 Apollo科学家已经做到了这一点。当太阳能从一个非对称天体被发射并重新辐射时，YORP效应出现。所产生的力起一个引擎的作用，驱动该天体转动。这一同样的非对称性还可被用来跟踪一个小行星的转动，因为它在不同时间反射不同数量的光。重新分析关于小行星1862 Apollo自旋的记录，研究人员发现，由于YORP效应，它的转动速度在仅仅40年时间里就已经增加了额外一圈，在效果上相当于增加了一天，即便Apollo的直径远远大于一公里。
北美岩石圈底部和顶部的错位

一组地震图片、地质年代资料和板块运动重建资料，被用来比较北美岩石圈底部和顶部一个热点轨迹的位置和年代。这项工作显示，该轨迹的表面和深部存在一个明显错位；随着轨迹年龄的增长，该错位也在增加。该错位可以由北美底下地幔岩石圈中的蠕动得到最好的解释。这些观测结果所暗示的剪切作用表明，板块运动是由板块底部的粘性牵引力驱动的，而不是被其阻滞的。这一结论对于了解板块构造的驱动力有重要意义。
影响生物多样性的生态因素和演化因素

生命的多样性被认为是源自一系列演化突发事件或“适应性辐射”。造成这些突发事件的条件是什么？为什么它们会在大灭绝之后出现、会出现在岛屿上、并且从时间上来讲是零星或偶然出现的？Justin Meyer 和 Rees Kassen在一个包含原生动物捕食者Tetrahymena thermophilia及其细菌猎物的群落中为我们提供了实验证据，该证据表明，引起演化突发事件的演化过程受这些捕食者影响。要减少猎物的种群数量，捕食者会降低猎物物种分化成新形式的速度。捕食者在孤立的岛屿上数量稀少，而且有时会发生大量灭绝，说明它们的缺席是随后发生的突发演化事件的一种催化剂。在另一篇论文中，Fukami等人利用模型细菌种群发现，生物多样性是向群落内迁移的生态过程和群落内的多样化演化过程这两个过程的结果。这意味着，只有将生态和演化综合起来，才能充分认识生物多样性。
个分子受体中两个效应的测量与区分

环核苷酸门控（CNG）通道是眼睛的光受体和鼻子的化学受体中调控电响应的膜蛋白。Biskup等人对由四个相同的亚单元组成的CNGA2通道中的配体结合和通道激活进行了同时测量。这使得人们首次有可能对一个分子受体中影响结合和影响构象变化的效应进行区分。分析显示，通道激活有一个令人吃惊的机制，该机制不符合具有相当结合点的已有门控模型，但却适合一个在配体结合中有高度正/负合作性的模型。
怎样防止心肌肥大发展成心脏衰竭？

心脏增大或心肌肥大是对工作量增大的一种生理反应，帮助维持心脏功能。然而，如果这种状况时间长了，它会发展成心脏衰竭。在用一个心肌肥大小鼠模型所做的一项研究中，研究人员对这种转变是如何发生的有了新的认识。当实验动物心脏增大时，会形成新的血管来支持它。但大约两星期后，肿瘤抑制蛋白P53会在心脏细胞中积累，血管形成被阻断，小鼠出现心脏衰竭。通过抑制P53或通过促进血管形成来影响这一过程，也许可以成为阻止心肌肥大向心脏衰竭发展的一种手段。
SD序列与第一个肽链的形成

核糖体不在一个mRNA的末端启动转录过程，相反，它们会结合到一个内部点（Shine-Dalgarno (SD)序列）上，然后单向转位。对断开核糖体的mRNA 和 30S部分之间的结合所需的力进行的精确测量显示，在第一个肽链形成之前，SD序列稳定核糖体-mRNA的相互作用。一旦该肽链形成，SD序列就不再稳定它。所以，最初肽链的形成是核糖体释放SD的一个触发因素，而且还可能是允许核糖体开始沿mRNA 运动的一个重要因素。
端粒酶是怎样组合成形的？

端粒酶（起稳定线形染色体端部这一重要作用的核糖核蛋白（RNP）组合体）的生物起源是一个健康细胞中的一个重要过程，破坏它们的突变能引起疾病。研究人员对RNP组合体的机制很不了解。Michael Stone等人利用一种单分子方法对端粒酶组合体进行了实时分析，对每个组合步骤的精确顺序进行了分解。他们的结果确定了一个分成不同层次的组合机制，该机制包含两个连续的步骤—由蛋白诱导的RNA折叠，最后是将端粒酶复合物模制成它的功能形状。

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March 29, 2007
封面故事：《被鞭挞的耶稣》中三个神秘人物的身分被确定

本期封面所示为皮耶罗•德拉•弗朗西斯卡（Piero della Francesca）的绘画作品《被鞭挞的耶稣》（The Flagellation of Christ），创作于1460年，现正在意大利乌尔比诺的马尔凯国家美术馆(Galleria Nazionale delle Marche)展出。皮耶罗的过人之处是对透视法的杰出运用，比如说在用砖铺成的地面上等，这种技法使得该作品成为文艺复兴时期最著名的杰作之一。但该作品之所以出名也是因为它含有若干神秘元素，尤其是右边的三个人物的身分。科学史专家David King提出了一个让很多艺术家惊愕的新颖假设，凭借该假设他声称一举识别出所有三个神秘人物的身分。在一篇News Feature文章中，Jo Marchant报告了在David King所做的识别结果背后的历史和数学侦探工作（这项工作从一个15世纪的星盘上的文字的识别开始），并且还对艺术界另一个被更广泛接受的观点做了解释。
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一个新的流行病学模型

一个新的流行病学模型应能为那些试图预测如流感、麻疹、百日咳和水痘等季节性传染病的复发情况的人们提供帮助，并且对于免疫工作的设计也将有参考意义。该模型主要着眼于流行病爆发之后会发生什么，而不是着眼于其早期阶段。其关键发现是，存在一个流行阈限，该阈限由上次爆发之后一个人群的易感性和新易感个体加入该人群的速度决定。如果还没有形成免疫力的暴露个体的人数很大，那么就很可能出现一次疫情。但如果易感者数量低于阈限值，那么相关疾病就会“跳过”一年。
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过去4.2亿年间的气候敏感性

了解全球平均表面温度对大气二氧化碳浓度的响应，是理解过去气候变化的关键，也是预测未来气候变化的关键。对由大气中二氧化碳浓度加倍而造成的温度上升（即所谓的“气候敏感性”）的多数估计，是基于过去几十年至上千年的气候变化记录，因而限制了它们在不同气候条件下的适用性。Royer等人采用了一种新颖的方法，即模拟二氧化碳浓度，并将模拟结果与代理记录进行比较，以估计过去4.2亿年间的长时间尺度上的气候敏感性。他们获得的结果表明，气候敏感性几乎肯定超过1.5 °C。这与根据短期记录所做的估计是一致的，说明它可能是这一时间段里地球气候系统的一个稳定特征。
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信息素cVA对雌性和雄性的不同作用

易挥发的信息素11-cis-vaccenyl acetate (cVA)是由雄性果蝇产生的，来自几个方面的证据表明，它通过对嗅觉受体神经元中的Or67d受体的一种效应来引导交配行为。涉及对Or67d基因的定向突变的一个实验证实，事实的确是这样，但却有一个曲折：在两个性别中cVA都发挥作用，但在雄性中它抑制交配行为，在雌性中它鼓励交配行为。缺失Or67d的突变雄性错误地向其他雄性求偶，而有同样突变的的雌性对求偶的雄性却变得不是很接受。这项工作表明，信息素是通过单独一个专门的嗅觉通道来探测的，该通道在解剖上和功能上都与常见气味的组合性多通道编码有所不同。
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哺乳动物到底是怎么出现的？

现代形式的哺乳动物是在非鸟类恐龙于距今6500万年前灭绝之后突然出现的、还是花了较长时间才有了其现代特征?关于这个问题的争论还在继续，古生物学家一般倾向于认为它们是突然出现的，而分子系统发生遗传学家则认为哺乳动物的根源要深得多。Olaf Bininda-Emonds等人利用大量分子数据发现，不仅哺乳动物的演化有很深的根源，而且现存的哺乳动物的一些目是在恐龙灭绝之后数百万年才出现在地球上的。在白垩纪末期发生的大灭绝对于哺乳动物的演化几乎没有可以辨别出的影响。
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为什么锔有磁性而钚没有？

后锕系元素如钚和锔等（它们作为核反应堆中的基质和副产物而为人们熟悉）的核性质是很清楚的，但它们固体状态的性质就不是这样了，不符合标准模型。例如，不清楚为什么锔有磁性而钚没有。研究人员利用新的电子结构计算结果来识别出现这一反常行为的电子机制。他们发现，钚有一个不寻常的基态，它是由两个不同的原子价形成的一个量子叠加，而锔则在低温时处于一个磁有序单价状态。
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怎样让光穿过比波长还小的孔？

Nature杂志1998年的一篇论文报告，共振增强的光可以穿透所谓的“plasmonic lattices”，即上面打了一系列直径比光波长小的孔的金属膜。该现象引起人们很大兴趣，首先是因为它是出乎意料的，其次是因为它有很多潜在应用，如在近场光学显微镜、在光刻印刷、在显示器和在其他方面等。过去，金属膜上所打孔的周期性被认为是关键，但新的实验表明，事实并不是这样。虽然随机分布的孔不能有效传播光，但有准晶或近似准晶结构的非周期性孔阵列却能够。在这些实验中所研究的晶格的传播共振在太赫（相当于百亿赫兹）光谱范围内，对此缺乏可用的光电材料。
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磁交换力显微镜（MExFM）的首次应用

电子装置、自旋电子装置和其他装置的微型化意味着，磁装置活性元件现在正在进入纳米尺度的领域，在这个领域单个原子的磁性质变得越来越重要。就在不久前，对原子磁矩（或自旋）进行成像研究的惟一方法还是自旋偏振扫描隧道显微镜，它能够达到原子分辨率，但只能在导电表面上。后来，人们提出了磁交换力显微镜（MExFM）（实质上是用一台有一个磁头的原子力显微镜来探测处在显微镜尖部的原子的自旋与一个样品表面之间的磁交换力）来克服这一局限性。理论计算表明MExFM是具有可行性的，现在汉堡大学的一个小组报告了该方法的首次应用—他们利用一个铁磁尖来显示反铁磁性绝缘体氧化镍上的表面原子和它们的自旋的排列情况。
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确定不含重原子的分子的绝对构型的方法

当一个分子不能叠加到其镜像上时，我们就说它是“手性”的。这个性质在整个自然界都具有决定性的重要性，因为DNA、蛋白质和很多小分子都是手性的。不规则Ｘ－射线散射已经成为确定一个分子的绝对构型的权威方法，但除非分子包含一个“重”原子（例如溴），否则该方法不能使用。现在，Haesler等人发现，拉曼光活性方面的仪器进展，加上量子化学计算方法的运用，使得人们有可能确定不含重原子的分子的绝对构型，在本例中为一种专门合成的有手性的氘化新戊烷（季戊烷），它代表着所有因非对称质量分布而具有手性的分子。这一分子的绝对构型的明确光谱确定曾是一大挑战，它是现有方法所能做到的极限。
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矿山微生物为什么能适应严酷自然环境？

酸性矿山排出物的形成是最普遍和最严重的环境问题之一，是由微生物群落调控的，这些群落经常为II-类钩端螺旋菌属（Leptospirillum group II）所支配。这些微生物生长在pH值一般低于1.0、富含有毒金属的硫酸溶液中。来自美国加州Iron Mountain被废弃的Richmond矿的生物膜，是研究这些重要微生物群落的理想材料，因为它们所包含的物种数量相对很少。一项高分辨率蛋白组-基因组学（proteogenomic）研究表明，在彼此关系密切的细菌种群和在生物个体之间大量的基因变种交换，是它们适应这一严酷生态环境的关键。这项工作是在微生物的自然环境中对它们进行研究方面的一项重要进展，这种蛋白组-基因组学方法在其他方面也应能够找到用途，比如说在对病原体的分类中。
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April 05, 2007

封面故事： 茁长素的调控机制之谜被揭开

植物激素茁长素调控植物生长的机制自达尔文时代以来就一直困扰着科学家。茁长素已知通过结合TIR1（transport inhibitor response 1）受体和通过依赖于泛素（ubiquitin）的Aux/IAA抑制蛋白的降解来调控基因表达。现在，TIR1在与三种不同的茁长素和一种Aux/IAA肽形成的复合物中的晶体结构的确定表明，茁长素起一种“分子胶”的作用，促进受体和作为降解目标的蛋白质间的相互作用。除了揭开茁长素调控机制的奥秘之外，这项工作还首次建立了一种植物激素受体的结构模型。更碰巧的是，一个像茁长素这样的小分子调控泛素连接酶的方式，能让科学家找到开发治疗与泛素连接酶缺陷有关的人类疾病的一个新颖策略。本期封面所示为处在TIR1（蓝色）和IAA7肽之间空腔中的茁长素（表面显示为绿色）。

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神经回路的光控制

复杂的神经工程技术使得人们有可能对活的脑回路进行成像和控制。这一领域的最新进展涉及将一种来自古细菌Natronomonas pharaonis的光激发的氯化物泵转染（transfection）进小鼠海马体神经元中，从而能够在毫秒时间尺度上对神经活动进行抑制。这种方法可以补充通过一个可以光激发的藻通道来激发神经元的一种现有工具。这两个通道对不同波长的光产生响应，允许对同一回路中的神经活动进行快速双向控制。在完好的动物身上也是这样，因为具有这两个通道的转基因蛔虫C. elegans的运动受光的影响。该体系可以通过遗传学方法定位于特定类型的神经元，因而便出现了这样一种可能性：它有可能导致神经疾病的光学治疗。
阿秒电子隧道效应的实时观测

暴露于强光下的原子会失去一个或多个电子，变成离子。在强光场中，这种类型的离子化通过电子隧道效应发生，该效应是当电子接受的能量太多、以至于它们能够通过“隧道”穿过正常情况下将它们与原子核束缚在一起的电势障碍时出现的。现在，这一过程已经在数百阿秒（一个阿秒是一秒的十亿分之一的十亿分之一，即10-18秒）的一个时间尺度上被实时观测到。目标氖和氙原子被超快远紫外脉冲电离，然后利用专为此目的而定制生成 的近红外脉冲被观测到。这种“阿秒隧道效应”光谱技术应能用来控制和帮助了解原子及分子内的电子的动态。

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火星表面反照率模式变化的确与气候变化有关

火星表面的反照率模式（由所反射的光对所接收的光的比例的局部变化引起）在不断变化。现在火星全球环流模型被用来确定这些变化是否与气候变化有关，所获得的答案是，是的，它们是与气候变化有关。火星表面上大片地方在过去三十年里变黑了，这是因为那里的尘土被刮走了。气候模拟表明，这些变化造成气温升高，风压增大，尘暴增强，在尘埃侵蚀和反照率之间产生了一个正反馈环。这些条件与所观测到的极地盖侵蚀是一致的，甚至还会影响大型沙尘暴的触发。

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32亿年前地球磁场的方向和强度

地球的地磁场保护我们不受有害太阳辐射的影响，同时还为了解地核的性质提供了线索。科学家对其年龄尤其感兴趣，因为它能帮助确定地球的早期性质。太古代Kaapvaal克拉通（南非）的岩石是地球上保存最好的岩石之一，对来自这些岩石中的微型磁铁矿包容物的硅酸盐晶体所做的一项分析，被用来获取距今32亿年前地球磁场的古方向和强度，这是关于“地球发电机”（geodynamo）系统的最早记录。当时的地球磁场强度似乎只有现在的大约一半，这表明早期地球的大气层的确是受一个可靠的磁气圈保护而不会受到太阳风的侵蚀。

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关于陡山沱期微型化石的新观点

由中国南方陡山沱期磷化微型化石被鉴定为早期动物胚胎的发现所引起的争论还在继续。最近有人提出，这些距今大约6亿年的微型化石可能是能够氧化硫的巨型细菌，与现存的硫珠菌(Thiomargarita)类似。人们对这一观点进行了验证，发现它是有欠缺的，至少对其中的一些标本来说是这样。新的观测结果显示，这些胚胎一样的化石中有些被发现存在于被称为“疑缘类”(Acritarchs)的精致的有机囊中，这与被称为胚胎滞育（diapause）的一种生殖策略是一致的（所谓胚胎滞育指的是早期胚胎进入一种休眠的“卵囊”状态）。这表明，这些生物是真核生物。对“巨型细菌”解释的进一步质疑来自Nature杂志“Brief Communications”栏目的一篇在线投稿，该文提出，细菌一样的微型化石可能曾经被化石形成和保护过程中的异常情况剥去了其外层。

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小群体与大机构之间的根本差别

社会群体以电子方式进行互动的动态，在现代社会运行方式中居中心地位。对由个人组成的两个群体（相互协作的科学家和手机用户）之间的信息交换模式所做的一项研究，被用来设计一个算法，该算法将信息交换与群体稳定性联系了起来。所获得的数据表明，小的群体有少数几个很牢固的关系处于核心地位。只要这些关系存在，群体就会维持下去。但对于大的团体来说，持续变化是稳定性的关键。这些发现为小群体与大机构之间的根本差别提供了一个新观点。

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应对细菌抗药性的策略

任何药物的使用，其本身都会产生对具有抗药性的突变体的选择，这是抗菌疗法不可逾越的障碍。但一项新的研究工作得出的结果表明，选择不产生抗药性也许是有可能的。过去，研究人员通过一系列组合药物剂量，对那些对药物敏感的细菌和对药物有抵抗力的细菌的生长速度进行了灵敏的测量，对它们之间的竞争情况进行了分析。在一定的亚致死浓度时，doxycycline 和 ciprofloxacin的一种混用剂型优先选择野生型埃希氏杆菌，而不是在一种实验室培养中的一种有抵抗力的菌种。这个明显的矛盾可以通过一个简单的几何观点从理论上来理解。当然，亚致死浓度在临床上没有意义，但这项工作的确表明，通过进一步研究，也许就可以找到对抗药性的选择有所改进的抗菌组合。

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一项关于八目鳗胚胎学的重要研究工作

八目鳗是与七鳃鳗有关的无颚脊椎动物，也是已知最原始的脊椎动物。它们是如此地原始，以至于连脊椎都没有。关于这种生物发育情况的研究工作，会显示关于脊椎动物起源的大量信息，但这样的研究工作一直因极难获得能存活的胚胎而受挫。第一个关于八目鳗的胚胎学研究是由Bashford Dean完成的，发表于1899年，从那时起科学家很少进行这方面的尝试。现在，来自日本神户“RIKEN发育生物学研究中心”的一个小组终于发表了一项关于八目鳗胚胎学的具有里程碑意义的研究工作。他们从实验室养鱼池中的八目鳗Epatretus burgeri身上获得了6个胚胎，在固定之前从卵壳上将这些胚胎切了下来，从而避免了Dean一个世纪以前所碰到的组织变形问题。他们所获得的组织显示了指示神经冠发育的遗传标记。神经冠是基准动物的一个关键特点，八目鳗神经冠的发育过程与七鳃鳗相关事件的过程相似。

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RANK与前列腺或乳腺癌中癌细胞的转移

用一个小鼠前列腺癌模型所做的实验研究，识别出了刺激转移形成的一个信号通道。当一个蛋白配体占据一个被称为RANK（receptor activator of nuclear factor κ B）的受体时，该通道被激发，并且它还依赖于这种激发和IKKα (IkB kinase a)的核转位。一旦进入细胞核中，被激发的IKKα就会抑制maspin基因转录，该转录的产物已被明确为前列腺和乳腺癌中细胞迁移和入侵的一个抑制成分。因此，RANK可能是前列腺或乳房肿瘤细胞中都有的转移行为的一个促进剂（启动子）。

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April 12, 2007
封面故事：急性淋巴细胞性白血病的基因病灶

利用SNP微阵列在整个基因组范围内对DNA版本数异常进行高分辨率分析的方法，被用来识别与儿童最常见的癌症—急性淋巴细胞性白血病有关的基因病灶。对来自242位患者的白血病母细胞所做的分析显示，在40% 的B-先祖细胞急性淋巴细胞性白血病病例中，为B-淋巴细胞发育的关键调控因子编码的基因发生删除、放大、点突变和结构重排等问题。PAX5是最常见的目标。所获得的数据表明，能够绕开这些基因病灶所造成障碍的小分子细胞分化诱导因子可以作为研究新的治疗方法的一个重点，并且更具有普遍意义的是，它们展示了人们所熟悉的整个基因组范围内进行分析的方法作为识别癌症中新的小分子病灶的一种手段所具有的潜力。封面图片所示为白血病细胞的荧光原位杂交，它显示了9p13染色体（红色）上的PAX5向18q11.2位置（绿色）上的ZNF521的融合。

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观测太阳系外地球一样行星的新方法

太阳系外像地球一样的行星是存在的，但我们是否有一天能够看到它们？ 这是一个很难回答的问题：这样一颗绕附近一颗恒星运行的行星要比方向夹角仅为十分之一弧秒或更小的一颗恒星暗1 × 1010 倍。但是现在，John Trauger 和 Wesley Traub报告了一种在实验室中得到演示的方法，该方法有可能用在一次太空探测任务中，来探测一颗跟地球一样的行星。他们的系统利用日冕观测仪原理来抑制星光，其简单的图像处理方法是以前所报告的实验室方法灵敏度的1万倍以上，并且超过地面天文台所获得的最好结果10万倍以上。

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“杀富济贫”与追求平等

一项行为学研究所提供的清楚证据表明，平等主义情感是在多边人际关系中实施惩罚的一个理由。在一项实验室游戏中，研究人员给选手们分配了不同数额的钱，然后选手们便能够通过给予或拿走一些钱来“奖励”或“惩罚”其他选手。最富有的选手被惩罚得最重，而最穷的选手被惩罚得最轻。选手们似乎受对不平等的一种情绪反应所驱使，因为他们是以个人的损失为代价来减少和增加其他人的收入的，即便并没有合作行为需要增强。平等主义的动机在人类的互惠和合作的演化过程中可能是一个重要因素。

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防止乳腺癌患者癌细胞转移的希望

研究人员在人类乳腺癌细胞中识别出一组4个基因，这一组基因负责新的肿瘤血管的形成，负责肿瘤细胞向循环系统中的释放，并且还负责通过循环肿瘤细胞来破坏肺部毛细血管、从而为癌细胞向肺部转移播下种子。 这4个基因分别是epiregulin、 COX2、 MMP1 和 MMP2，单独抑制其中每一种基因并不能阻止肿瘤的发展，但综合抑制所有4个基因，在一个有临床意义的乳腺癌模型中能够明显减少转移。这为设计特定药物组合来解决乳腺癌患者癌细胞转移问题提供了希望。

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多药物抗药性的机理

大多数多药物抗药性机理（对抗生素、抗菌剂、抗疟疾药物、杀虫剂、还有对人类的癌症化疗药物等多种药物的抗药性）涉及一种能够将药物抽出细胞的转运蛋白。研究人员对这种转运蛋白的原型分子—哺乳动物P-糖蛋白—几十年来已经做了大量研究，但只是在过去几年里才获得了充分的结构和生化数据，使我们能够从机理上对其有一个认识。Chris Higgins对我们当前关于4大类多药物转运蛋白的知识进行了综述。这4类转运蛋白之间的不同之处和相似之处正在为了解多药物抗药性是怎样实现的提供新的线索。这项工作尚未解决紧迫的临床问题，但也许能够为制定防止或绕过多药物抗药性的策略铺平道路。

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能够快速发生光致可逆变形的新材料

一些材料在光照下将改变大小或形状。这种在没有直接接触的情况下对机械变形的触发，为能够遥控操作的促动器带来了希望。但是，迄今所开发的光致变形聚合物和胶体其反应都比较慢，并且在变形后都不稳定。Kobatake等人所开发的一种新材料避免了这些缺点：基于二芳基乙烯（diarylethene）发色团、大小在10-100微米之间的分子晶体，可以通过分别用紫外线和可见光照射来在两种稳定态之间迅速、可逆地切换。而且，当置于光下时，由该材料附着在一个表面上而形成的一种棒状晶体甚至还能吸引和赶走一个微米大小的金颗粒。 读者可以在nature.com/nature上在线观看该晶体正在发生变化的视频流。

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光合作用的能量传输过程中的确涉及量子方式

光合作用为地球上几乎所有生命提供了初级能量来源。它的了不起的地方之一是，能量在由光合作用器官组成的可以利用光的复合物内传输的效率非常高。现在，对在光合作用核心的能量传输过程中可能涉及量子方式的怀疑，已经被一项新的光谱研究所证实。该研究显示，在来自绿硫菌（Chlorobium tepidum）的细菌叶绿素内存在波状能量运动典型的电子量子节拍。能量传输过程的这种波状特点可以解释光合作用的效率为什么极高，因为在光合作用中，巨大的相空间（phase space）可以被有效搜索，从而找到能量传输效率最高的通道。

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资源限制对生物多样性的影响

什么能解释生物多样性？一种理论认为，在各种不同资源都是有限的生态系统中，多样性将增加，因为生态系统中的条件将有利于那些能适应水、磷、氮等等都缺乏的环境的物种。在资源丰富时，生产率将提高，但优胜者将是那些能够最快生长并消灭对手的少数物种。虽然资源限制并不是可解释物种丰富程度的惟一因素，但Harpole 和Tilman研究表明，它能在美国加州塞奇威克的实验草地上解释植物的多样性，并且还能为人类活动（如富营养化等，它们往往会简化一个生活环境）引起的生物多样性减少提供另一种解释。

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丙肝病毒的一种共因子

Claudin-1是在人类的肝脏中所表达的一种紧密连接的蛋白，已经被确定为丙肝病毒的一种重要的进入共因子（entry co-factor）。 同以前确定的CD81共受体一样，claudin-1也跨过细胞膜四次，并有两个细胞外的环。它在丙肝病毒进入过程中的一个结合后和融合前的步骤上发挥功能。这一发现为了解病毒进入肝细胞的机理提供了线索，并为抗病毒药物提供了一个潜在的新目标。

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植物根和茎中干细胞体系之间的联系

植物有两个明显不同的干细胞体系，分别在根分裂组织和茎分裂组织中，它们不断分裂而产生新的组织和器官。以前的研究工作发现，在两个体系中有不同的发育模式和不同的控制基因，但Sarkar等人现在发现，二者之间在机理上有一个强烈的联系。两个体系的信号作用中心都利用相关的转录因子（茎中为WUSCHEL，根中为WOX5）来使相邻的肝细胞保持不分化，这两个因子在两个分裂组织中都发挥作用，以维持正常功能。这一发现提供的分子证据表明，干细胞调控系统起源于根和茎在作为现代高等植物祖先的陆地植物中分开之前。

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April 19, 2007
封面故事： 法国总统候选人谈科学问题

在上周进行的法国总统选举竞选活动中，12位候选人各显神通。中右翼民主运动联盟的Nicolas Sarkozy在民意测验中领先于社会党候选人Ségolène Royal和法兰西民主联盟候选人Jean-Fran鏾is Bayrou。对极右翼领导人勒庞（Jean Marie Le Pen）来说， 这肯定是他最后一次参加选举，他在民意测验中排在第四位，预计难以再现进入第二轮选举的壮举。本届总统选举第二轮投票定于5月6日举行。很多选民仍然没有决定要投谁的票，最近民调显示，多达40% 的选民在推迟自己的选择。鉴于此，在本周末进行的第一轮投票之前，各候选人还要进行认真的竞选活动。Nature杂志采访了排在前三位的候选人，请他们解释自己对一系列与科学有关问题的政策。他们的答案发表在本期第847页的一篇News Feature文章中，原始的问题和用法语所做的全部回答都发布在网上。

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量子物理的真真假假

大多数人、大部分时间在生活中和在科学中对于什么是“真实的”都有一个明确的概念。一般来讲，一个外部的现实是独立于观察而存在的。但在量子物理的世界中，由于各个事件只能按概率来预测，所以我们的这种认识将不成立。根据贝尔定律，任何基于现实和地点联合假设（意思是说，局部事件不能受像空间一样的分隔区域中行动的影响）的理论都与某些量子预测不一致。以前用纠缠粒子对进行的工作已经证实了这些量子预测，使得局部现实理论无法成立。因此，要将物理现实作为一个基本概念来维持，就需要引入“怪异的”位置挑战行动（locality-defying actions）。现在，一项将实验与理论结合起来的新的研究工作表明， 一大批相当合理的这种非局部现实理论与所观测到的量子相关性是不一致的。这说明，量子理论今后的任何延伸如果要与实验结果相符的话，都必须放弃现实描述的某些特征。放弃位置的概念并不是非常“不真实”。

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纺锤体检查点的新调控机制

在细胞分裂过程中，纺锤体检查点确保染色体隔离被延迟到所有染色体都已正确附着到进行有丝分裂的纺锤体上。现在，两篇论文发现了一个控制纺锤体检查点的新的调控机制。该机制涉及分裂后期（anaphase）一个共激活因子在微调状态下进行的泛素化过程（ubiquitination）和去泛素化（de-ubiquitination）过程，促使复合物APC/C去调控APC/C激发的时间，从而调控分裂后期的开始时间。

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陆地行星的起源

对IVA族离子陨石的冷却速度所做的一项新的研究，为最近所提出的认为富含金属的陨石来自大小在月球和火星之间的天体碰撞所产生碎片的一个观点提供了支持。太阳系中有陆地的行星被认为是由较小的天体碰撞增长形成的，新的研究结果与认为这些行星起源于一个在太空中冷却的、半径为150公里的金属天体的观点是一致的，它们并不是像以前所认为的那样起源于一个半径为5-10公里的石质小行星的金属核。这一金属天体很可能是在早期太阳系中由于行星形成之前的原始行星之间的碰撞而形成的。

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独立于密度的低温原子散射观测方法

低温原子-原子散射是“玻色-爱因斯坦”凝聚态和理想费米气体动态的关键，它限制着世界上最好的原子钟的准确性。对散射相变化的精确低温测量一直不可能进行，因为这种测量依赖于原子密度，而后者无法精确测量。现在Hart等人开发出一种全新的散射测量方法， 它能够透过原子云、来以一种独立于密度的方式直接观测低温散射。他们研制的新设备称作“量子散射干涉仪”，能以原子钟一样的精度来探测每个原子的散射，并且也许还能够回答基本物理常数是否实际上会随时间变化的问题。

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一种快速合成低聚糖的新方法

结构上的复杂性使得碳水化合物在很多生物过程中都很重要，但同时也使得它们的化学合成非常困难。虽然在实验室中合成纯的低聚糖（寡糖）是有可能的，但羟基基团的位置选择性保护和糖苷键的立体选择性形成为合成化学家带来若干挑战。因此，一种能使低聚糖合成既快又省力的新方法将是最受欢迎的。第一个步骤是，在一个选择性保护除一个之外的其余所有单糖的羟基基团的“一锅烩”的反应中，从d-葡萄糖开始合成数百个基本单元。然后，通过反复联结，将这些基本单元组合成复杂的低聚糖。研究人员通过以结合流感病毒的三糖为基础快速合成若干种低聚糖，证明了这种合成方法的效用。

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地壳是怎样形成的？

地壳的形成时间是一个激烈争论的话题。人们普遍认同的是，地壳是通过部分熔化从地幔分离出来的。这个过程应当在地幔的同位素组成中留下一个化学指纹。现在Stephen Parman识别出了这个指纹，它是以海岛玄武岩中一个氦元素比例谱图形式存在的，这个记录似乎保存了地幔的消耗史，其数据与人们所提出的地壳增长脉冲的年龄密切关联。地幔消耗事件的年龄与地壳生长脉冲之间的相关性暗示，地壳的形成是间歇性的，其间曾发生大规模的、很可能是全球性的熔化事件。

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世界上最早的森林

树木习性的演化对地球陆地生态系统具有根本性的重要性。关于森林的最早已知证据是化石树桩，距今大约3.85亿年，来自纽约州北部的Gilboa。这些树桩自19世纪70年代以来人们就已经知道了，并被命名为“Eospermatopteris”。但由于这些树桩没有地上部分，所以它们与其他树种的关系以及它们的意义至今仍不清楚。现在，Stein等人介绍了来自纽约州Schoharie县的一种非常引人注目的化石树，它首次显示了一个属于一种以前已知植物类型（即cladoxylopsid Wattieza）的完好树冠，而其树干和树根都是“Eospermatopteris”。这一完整的化石记录为详细重建世界最早森林的外貌提供了所需的证据。

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情绪怎样影响道德判断？

道德推理主要是一个理性过程、还是情绪在其中也起着一定作用?由6位大脑中与正常情绪的产生有关的一个区域（即ventromedial prefrontal cortex）有病灶的患者所完成的测试表明，情绪在道德判断中扮演一个特定的、因果性的作用。这些患者在某些类型的两难道德选择（这些选择题都是非常难回答的，如要让你决定你是否会以牺牲自己的孩子为代价来挽救若干其他人的生命等）上所做出的判断呈现出异常“单边”的特征。他们在其他类型的两难道德选择上所做出的判断都是正常的。这个研究结果除了表明情绪在道德判断中所扮演的正常角色外，还对了解如精神病患者之类的人所表现出的病态道德行为背后的机制有参考价值。

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幻觉到底是怎么形成的？

幻觉通常被认为来自大脑中感觉信号的编码方式。但也有另外一种解释。幻觉也可能来自神经网络中比较靠下游的一个部分，即在大脑根据适用于特定任务的策略来对感觉信息进行解码的地方。在有关实验中，研究人员让正常的人估计相对于一个固定边界的一个由随机的点构成的图案的运动方向，结果显示，他们会得出一致的错误判断，说明人关于运动的主观经验并不是直接来自感觉神经元的反应，而是在这些反应已经被解码之后形成的。

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April 26, 2007
封面故事：雨燕的飞行技巧

滑翔的鸟不断改变其翅膀的形状和大小，通过形态变化来调整自己的飞行表现。（这种形态变化过程也许有一天可用来控制飞机的飞行）。鸟类需要调整其翼展来适应滑翔速度的事实已经从空气动力学理论预测到。本期Nature报告的实验在此基础上更进了一步，研究人员在一个风洞中对雨燕的翅膀进行了测定，目的是建立一个更为优化的模型。 实验结果显示，雨燕能够对自己的飞行表现有令人吃惊的控制：它们能够通过选择最合适的翼展来将下沉速度减半，将转弯速度提高三倍。它们翅膀展开是为了降低滑翔和转弯速度，而收缩翅膀是为了应对快速滑翔和转弯时所产生的极大重负。本期封面照片是由Jean-Fran鏾is Cornuet拍摄的，照片上是一只正在急转弯的雨燕。该照片是在雨燕的飞行平面上拍摄的，从照片上可以看出，稳定滑翔过程中雨燕的翅膀保持得有多么薄和多么直。该照片还显示雨燕实际上在倾斜转弯过程中其脑袋是保持水平的，目的是使自己所看到的周围景物保持水平。

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能够称出单个纳米颗粒重量的方法

纳米尺度的机械共鸣器可用来以极高的分辨率测量粒子的质量，测量精度可以达到zeptogram，即10-21g级。这种让人吃惊的分辨率在如医学诊断或环境监测等很多实际应用中一直是不可能做到的，因为流体的存在会对该体系赖以工作的机械振动产生阻尼。现在，来自麻省理工和“创新微技术公司”圣巴巴拉实验室及Affinity生物传感器公司的一个小组用一种非常聪明的方式绕开了这一问题——将流体放在共鸣器内。他们的这种真空包装的共鸣器（要测量的粒子溶液被放在微型流体通道中）能够称出单个纳米颗粒、单个细菌和蛋白质单层的重量，分辨率达到亚毫微微克（10–15 g）级。

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海洋沙漠中的一片绿洲

微藻在海水中的生长是决定气候条件的一个重要因素，因为它能将碳从大气中运送到深海中。这一过程在南大洋因为缺铁而受到抑制，因此该大洋似乎是一个生物沙漠。迄今为止，铁在碳循环中的作用基本上是利用短期添加铁的实验来评估的。现在，对来自科研船泊Marion Dufresne的‘KEOPS I’巡航之旅的数据所做的分析研究，显示在这个沙漠中有一个绿洲——由来自深层海水中的铁所诱导产生的一个浮游植物繁盛区域。这一自然施肥作用的效果至少要比短期实验所做估计大10倍。这说明，海洋表面铁供应的自然变化对大气二氧化碳的影响可能要比过去所想的更大。但人工干预不大可能有来自深层海水的铁和养分的缓慢自然供应那么有效。

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关于蜂窝结构生长速度的计算公式扩展到三维空间

蜂窝结构或铺嵌结构（tessellation）在自然界很普遍，这方面的例子包括泡沫和金属及陶瓷中的晶体颗粒。在很多情况下，蜂窝/颗粒/泡沫壁在表面张力（毛细管作用）的影响下运动，其速度与它们的平均曲率成正比。因此，蜂窝就会形成，结构就会变粗糙。50年前，匈牙利出生的数学家John von Neumann推导出关于在一个二维蜂窝结构中一个蜂窝的生长速度的精确公式。现在，人们长期所寻求的这一结果向三维（或更多维）空间中的延伸已经被找到。这个公式应能导致关于从金属的热处理到一杯啤酒的泡沫的控制在内的各种不同工业和商业过程的预测模型。

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成年造血干细胞的来源

在胚胎发育过程中血液的形成（造血作用）有两个已经得到承认的阶段：一个是最初的“原始”阶段，发生在胚胎外卵黄囊中，向早期胚胎提供营养；另一个是“最后”阶段，开始于胚胎中一个被称为“大动脉-性腺-中肾”（aorta-gonad-mesonephro）的区域。关于最后造血细胞群的来源是局部的还是外部的（即由从卵黄囊中向内迁移的前体细胞衍生而来）长期存在争论。一项新的非入侵性细胞跟踪研究与当前的正统观点产生抵触，该研究结果表明，卵黄囊的确是成年造血干细胞的来源。关于血液供应起源的知识，也许对在培养中生成血液干细胞的研究工作有意义，并且还有可能用于治疗工作。

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球粒状陨石、地幔和地壳中37Cl/35Cl比例相同

在对球粒状陨石（石质陨石）以及来自地壳和地幔的样品中的氯含量重新进行评价之后，太阳系史前史的部分内容也许也需要重写。陨石、地幔和地壳材料中稳定氯同位素37Cl 和 35Cl之间比例的很大差别多年来一直被作为太阳系星云（太阳形成之后留下的尘埃气体云，它们最终形成了太阳系的行星）中存在截然不同氯库的证据。 但是新的分析显示，同位素含量的很大差别根本就不存在：过去的数据是不正确的，因为人为改变了分析结果。 事实上，含碳的球粒状陨石、地幔和地壳都有相同的37Cl/35Cl比例。所以，不存在具有截然不同同位素组成的星云库，在地球的形成过程中没有同位素分馏现象发生，而且后来也没有含氯的挥发性物质向地壳中添加。

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下层地壳地震的解释

地壳下层的地震很少见，因为地壳下层被认为温度太高，难以发生脆性断裂。所以，在地球裂开的地方偶尔发生地震是让人不解的。现在，对三维地壳结构和在下层地壳中发生地震的新西兰一个名叫Taupo火山带的活跃地壳断裂带中的地震情况所做的一项研究工作，为了解这些地震是怎样产生的提供了线索。地壳地震沿断裂处形成一个连续的带，并且经常成群出现，说明在处于临界负荷的断层区中有流体运动。在这个带中的地震速度与流体的存在是一致的，而将上层和下层地壳地震与地壳结构联系起来为所有地震活动提供了一个共同的解释——即地震活动可能是由于本来是干燥的一块壳层周边的断层被热流体弱化造成的。

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入侵者比本地物种更能利用有限资源

在资源缺乏条件下，本地物种的表现也许能够超过入侵物种。的确，在自家的土地上它们应当能够更好地适应这种条件。这种思维方式已经成为通过操控资源供应来控制入侵物种和恢复本地生态系统的很多策略的一个构成部分。但对在系统发生方面相关联的19对入侵植物物种/本地植物物种的成功或失败情况所做的一项研究表明，入侵者在利用有限资源方面往往比本地物种效率更高。这项工作使得任何试图依靠降低资源供应水平来偏向本地物种生长的管理策略都成了疑问。

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神经激发、抑制及药物上瘾

激发性突触（促使目标神经细胞更多被激发的神经细胞连接）会随着持续的使用而变得更强。这一被称为LTP（长期增强）的过程与学习和记忆有关。用大鼠的大脑所做的一项体外研究表明，这种激发性增强会在大鼠大脑的ventral tegmental区域（该区域已知与药物上瘾有关）中的相邻抑制性突触上产生镜像作用，吗啡能够抑制在抑制性突触上的长期增强，说明破坏神经激发和抑制之间的平衡也许能够增强上瘾早期阶段多巴胺能神经元的激发。因此，以GABAa受体为目标也许是解决上瘾性药物的上瘾效应的一种手段。

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一种新型的噬菌作用

噬菌作用被认为是由能够启动噬菌作用的受体的激发启动的，这些受体能够识别出在凋亡细胞中所表达的“磷脂酰丝氨酸或淀粉质”这样的“来吃我吧”信号。但是现在，Koizumi等人发现了一种新型的微型神经胶质噬菌作用，它既不需要典型的来“吃我吧”信号，也不需要启动噬菌作用所需的Fc受体配体。相反，这一噬菌作用是由可扩散的细胞外分子“尿苷5’-二磷酸”（UDP）来启动的，而这种细胞外分子是由受伤的细胞释放的。UDP激发微型神经胶质表面上的P2Y6受体。死亡细胞的清除对于维护脑功能非常关键，所以这些发现也许对研究一系列中枢神经系统疾病都有意义。

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chemytwei

May 03, 2007

封面故事：意识和思想是怎样产生的？

对脑功能的研究往往是在特定任务过程中或在对特定刺激的响应过程中来测定脑活动。然而脑的时间和能量的大部分都没有用于这些活动。现在，对猴子大脑进行的功能性核磁共振成像研究表明，大脑在不断地通过一种以前与感觉、运动或认知等现象联系起来的活动类型的精致的、分布式的模式进行循环。这种波动即便是在由麻醉诱导的无意识过程中也是存在的，并且与其背后的解剖连接的模式是相对应的。这些神经回路可能代表着使感知和思想成为可能的深层结构。有趣的是，猴子和人类在这方面的模板是相似的（但并不是相同的），说明这种功能组织方式是演化过程中在所有灵长类动物中都保存下来的。（Letter p. 83; News & Views）本期封面图片是美术家John W. Campbell所创作的反映产生意识的神经网络之间动态的画作（是一幅通过数字技术修改过的胶彩画）。

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112号元素的化学性质已经确定

112号元素是1996年在德国达姆施塔特的“重离子研究实验室”发现的。10年过去了，现在它的一些化学性质已经被确定。用强钙-48粒子束对钚-242照射三个星期，产生了两个112号元素的原子（该元素尚未正式命名，但通常被称作Ununbium），如果你的动作足够快的话，这两个原子已足以让你做某种化学研究。在化学上，Ununbium表现为元素周期表中一种典型的12族元素（在这一族中还有锌、镉和汞等元素）。它的挥发性非常强，能与一个金表面形成一种金属键。

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药物PTC124用于治疗某些遗传疾病的临床试验

很多遗传疾病是由一个信使RNA（mRNA）向蛋白质内转录过程中的过早终止造成的，肌营养不良症就是这样一种疾病。现在，Welch等人报告，一个名为PTC124的小分子能使这一转录机器绕开会引起过早终止的点，但仍会在mRNA的端点正常终止。在人体和小鼠细胞中，该药物能恢复在肌营养不良症中发生突变的基因的正常转录，它在该人类疾病的mdx小鼠模型中还能恢复肌肉功能。这项工作为也许可用于以无用突变（nonsense mutations）为作用目标、并在各种不同的疾病中恢复蛋白功能的类似药物提供了希望。PTC124目前正在进行治疗肌营养不良症和囊性纤维瘤的临床试验。

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“光系统-I”的X-射线晶体结构及所含成分

被称为“光系统-I”的蛋白超级复合物在聚集能量方面是一个明星：它是自然界最高效的光-化学机器，它所吸收的几乎每个光子都被用来驱动电子的传输；而且作为植物、绿藻和藻青菌中普遍存在的光聚集器官，它为地球上几乎所有高等生物提供能量。现在，植物“光系统-I”的X-射线晶体结构已经以3.4 诺姆直媛时蝗范ǎ?佣?允玖苏庵殖?咝?时澈笏?嬖诘母叨雀丛有浴＃ù油愣怪参镏蟹掷氤隼吹模└酶春衔锇?

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May 10, 2007

封面故事：负鼠基因组完成测序

南方短尾负鼠（Monodelphis domestica）的基因组已经被测序和分析，使研究人员首次能够一窥一种有袋类动物的基因组成。对有袋类动物和胎生哺乳动物之间在演化过程中保留下来的元素所做的比较表明，在蛋白质编码基因上所发生的真正的演化创新是比较少的，而保留下来的非编码元素在胎生哺乳动物分支的演化中却演化得很快。选择负鼠这个物种作为第一个有袋类基因组来进行测序研究的原因之一是，它是实验室中常用的一种模型动物。研究人员对免疫系统的遗传学问题以及神经生物学、瘤样病变和发育生物学中所涉及的基因位点非常感兴趣。封面图片：Larry Wadsworth（德州A&M大学Media Resources）。

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已知最热的行星

被称为“热木星”的太阳系外行星靠近其母恒星，所以它们很可能是被潮汐式锁定的（就像地球和月球一样），并且具有永久性的白天的一边和黑夜的一边。这便提出了一个其大气层是否能够将落在白天一边的能量运送到黑夜一边的问题。现在，“斯皮策太空望远镜”对编号为HD 189733b的太阳系外行星的红外观测结果回答了这个问题。该行星黑夜和白天的气温是差不多的，在950–1,200 K之间，这说明来自被恒星照射一边的能量被有效地在整个大气层中重新进行了分配；这个结果与最近有人提出它是另一个“热木星”的观点是不一致的。本周在网上发布的一篇论文报告了对编号为HD 149026b的太阳系外行星的大气层的观测结果。它是一个非常热的“木星”，是已知最热的行星，亮度温度（brightness temperature）约为2,300 K。这个结果与认为存在一个其表面上每块地方就像一个黑体（black body）一样瞬间会把所吸收的全部光线重新发射出去的行星的预测是相符的。

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人类基因组内的结构变异研究

关于人类遗传变异的大多数研究都集中在特定基因中单链核苷的差异上。但在更高的一个层次上，还存在结构差异，如插入、删除和倒转等，大小一般在几千个碱基对到数百个碱基对之间，这为遗传变异增添了另一个维度。在“国家人类基因组研究所”（NHGRI）主持下的一个新的研究项目，旨在积累一个关于人类基因组内结构变异的参照数据集，这个数据集能够为我们描绘出关于在表现型上正常的个体中所存在的DNA序列层次上的差异的一个全景图。该数据集也将成为在个别基因组层次上进行疾病研究的一条捷径。在本期Nature上，该项目的NHGRI工作组的成员详细介绍了这个项目的目的和方法。

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“for”基因发生等位基因变异的原因

对果蝇来说，foraging (for)基因所发生的自然变异，是低营养条件下一对形成鲜明对比的著名行为背后的原因，这对行为分别是“rover”和“sitter”表现型。尽管进行了几十年研究，但科学家仍然不能解释for基因中等位基因变异的存在，也不能解释一般意义上的稳定多态性的存在。对这些共存的变异体所做的新的实验显示，它们之间的竞争性互动有可能是问题的答案。当一个变异体普遍存在时，另一个也能兴旺起来；反之亦然，从而确保“sitter”幼虫（不经常活动、但吃得很多的幼虫）和“rover”幼虫（活动很多、但吃得很少的幼虫）能够共存。

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记忆的促进和恢复

是否能够有一种药物来促进记忆、甚至还能恢复在阿尔茨海默氏症等疾病中遗忘的记忆？用一种严重神经退化疾病动物模型（CK-p25 Tg小鼠）所做的新的研究工作让我们看到了这种希望。在这项研究中，研究人员用两种办法恢复了这些实验鼠的学习和长期记忆——一种是进行环境强化（基本上就是使生活变得有趣）；另一种是用“组蛋白去乙酰基转移酶”（HDAC）抑制剂来处理。HDAC被认为能够通过促进组蛋白乙酰化作用、从而改变细胞核中的转录来帮助正常个体记忆的形成。值得注意的是，这种记忆促进作用在严重脑萎缩的p25实验鼠身上也出现了。记忆的恢复与已有神经网络的重新排列有关，这可能是恢复长期记忆的一个手段。

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天然锂在常压下的超导现象

超导现象低温时在大多数金属中都会出现。然而，一些简单的体系似乎不喜欢这种状态。也许，最为有趣的例子是锂金属。压缩的锂在高达20K的温度时成为超导体，这个温度是一种元素最高的转变温度之一。过去人们认为，天然的锂似乎并不会产生超导现象，但现在研究人员在一个只有0.4K的极低的转变温度下、在天然锂中观测到了常压下的超导现象。这意味着锂在超导研究中可能会发挥作用，因为它的结构简单，从而使得它非常适合进行理论研究。

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海洋中的“短路”现象

南极洲周围海洋洋流的混合过程在全球海洋环流中起关键作用，因为它影响在高纬度沉到海洋深处的海水在南大洋回到海洋表面的速度。但对于在南极洲“绕极洋流” （Circumpolar Current）中出现的混合过程的速度以及它们所诱发的上涌过程的速度，因缺少直接观测结果，研究人员仍然不是很了解。一种自然现象，即来自海底火山的氦向Drake Passage附近洋流中的释放，为填补这一观测空白提供了机会。这一天然的示踪剂释放实验，使得研究人员有可能对该洋流的西南大西洋部分的混合和上涌速度进行测定，结果表明，这一区域海床地形的很大起伏导致穿越高密度表面出现快速混合、沿高密度表面出现快速上涌，从而在“全球海洋翻腾环流”中形成一个“短路”。以前没有被发现的这个短路，使得沉降到深海中的海水能够以比过去所料想的更快的速度回到海洋表面。

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性别差异与生物多样性的关系

生物学的一大任务是解释生物多样性的模式。两性之间在形式上的差异是普遍存在的，然而促使性别二态性出现的因素在关于物种多样性的研究中却很少被考虑到。同样，人们也很少用影响群落层面上多样性的生态和演化因素去解释性别差异所能达到的程度。现在，对在古巴、伊斯帕尼奥拉岛、牙买加和波多黎各等岛屿上有独立群落的一种变色蜥蜴（它是关于适应性辐射的一个经典例子）所做的一项研究表明，性别差异是一种适应性辐射的形态多样化的主要贡献因素。这一发现可以成为反映在生物多样化过程中性别二态性和适应性辐射之间互动方式的一个模型，该模型可以用关于佛罗里达的外来变色蜥蜴和本地变色蜥蜴之间互动情况的观测结果去验证。

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视觉系统对亮度和光洁度的判断

我们能够很容易分辨出一件东西是用白蜡做成的还是用石膏做成的，也能够很容易分辨出一个木质表面是否进行了抛光处理，只要观察表面是亮还是暗、是否光滑就可以了。这便涉及到一个先有鸡还是先有蛋的问题。为了推断一个三维表面的反光质量，我们需要关于形状和照明情况的详细信息，但要推断其中的每个因素，又需要关于其他因素的知识。Motoyoshi等人破解了这个谜。在此过程中，他们给出了一些对机器人视觉系统的开发人员和创造虚拟现实的计算机动画制作人员可能会很有用的线索。关键是一个简单的图像统计原理：我们对光亮程度的感觉是由一个图像中亮度值分布的正偏（positive skew）量决定的。

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《自然》May 17, 2007 摘要

封面故事：南极洲周围深海中的生物
关于南极大陆架本身上的海洋生物人们已经了解了很多，但该大陆周围的深水区域却几乎没有被探索过。ANDEEP项目设计用来填补我们知识上的这一空白。在RV Polarstern考察船对Weddell海水域进行三次取样考察之后，关于南大洋生物多样的规模和模式的一个比较清晰的画面开始出现。本期Nature发表了在这些考察活动中将传统取样方法与视频成像和最新分子方法相结合所获得的相关数据。这些新的结果是我们对生活在深海中一个关键区域的生物认知上的一个重大进展，显示了大量对科学界来说的新物种。本期封面所示为用一个沉积物轮廓照相机在Powell海盆中部深度为1,955米处现场捕捉到的直径为5厘米的海胆。（摄影：Robert J. Diaz）

动物是绝大多数重要人类疾病的来源
温带传染性疾病的起源所做的分析显示，在相对来说不太久远的过去，动物是绝大多数重要人类疾病的来源，通过诸如狩猎等活动与动物直接接触仍然是感染新疾病的一个主要途径。现代化的发展如工业化粮食生产、疫苗生产和输血等，可能正在使我们在新病原体面前比以前更脆弱。本文作者认为，与野生动物接触机会较多的人，如猎手、动物园工作人员和为野生动物看病的兽医，应当定期接受检查，看是否被新的病原体感染。这种监测方法可以为新的病原体提供早期预警，并且提供一个可帮助重建日后爆发起源的组织样本库。

植物病原体中首次发现ADP-RT活性
霍乱弧菌（Vibrio cholerae）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aerurginosa）和其他人类病原体分泌具有ADP-核糖基转移酶（ADP-RT）活性的毒素。现在，ADP-RT活性在一种植物病原体的一种毒性蛋白中被首次发现，这种植物病原体就是Pseudomonas syringae，它是很多物种叶斑病的一个病因。HopU1是该病原体通过III-型蛋白分泌体系注射进宿主细胞中的蛋白之一。它以免疫蛋白AtGRP7为目标，使植物更易受感染。对植物免疫的更好了解可以帮助培养具有更强抗病能力的转基因作物。该发现还提出了一个演化谜团：ADP-RT类酶作为动物的基因受动器（genetic effector）而为人们所熟悉，但它们在植物中的作用并不清楚，那么这一病原体是怎样将一种ADP-RT弄到植物细胞中的呢？

对土星卫星“恩克拉多斯”上水蒸气团的解释
“卡西尼”飞船2005年7月14日掠过时所拍摄的图片，显示了与土星冰质卫星“恩克拉多斯”表面上“虎纹”特征相关的水蒸气团和冰。自那时以来，科学家所面临的挑战一直是如何解释这些气团的性质以及推动它们的力。本期Nature上两篇论文提出了一种观点，这种观点能够同时解释气团的特征和热点的存在，而不需要假设存在近地表的液态水——这种假设是以前一些模型的一个要求。Nimmo等人认为，“虎纹”附近潮汐驱动的侧向断层运动是热量和蒸气产生的最可能的解释。Hurford等人发现，随着“恩克拉多斯”绕土星运转，母行星的潮汐使卫星的冰产生弯曲。这可能造成“虎纹”周期性打开和关闭，将挥发性气体暴露出来，使它们能够被释放出去。

一种基于硅的功能性自旋电子装置
在理论上，当今电子芯片和晶体管所用的半导体材料，还应适合固体自旋电子应用。但尽管它有非常长的自旋寿命，人们却一直没有可能在硅中发现相干自旋输送现象。现在，Appelbaum等人，利用一种设计用来避免有害磁电子效应和铁磁金属电极与硅通道之间失配的一个系统，研制出一种基于硅的功能性自旋电子装置。该装置有一个由铝和铁钴做成的层，置于一个绝缘屏障和硅之间，在此将具有某一特定自旋的电子过滤掉。

关于结晶矿物中金属微滴的一个假设被证明不成立
束缚在高温下结晶的矿物中的金属微滴一直被认为保存有地球上层地幔中所产生的最初的熔融物。这种观点基于下面这个假设：这种金属包容物在化学上被它们的宿主晶体与跟将它们运送到地球表面的岩浆之间所发生的化学再平衡过程是隔离的，但对从大西洋南部洋中山脊挖掘出的玄武岩在实验室中所做的一项研究表明，这一假设是站不住脚的。化学扩散和分隔数据显示，晶体和岩浆之间在高温下所进行的化学扩散的速率是如此之快，以至于在晶体中所保存的深层地幔熔融物的任何异常化学特征在岩浆到达表面之前将会被消除。相反，这些异常化学特征倒是有可能由地壳岩石在浅层岩浆腔室中的消化而产生。

关于胚乳演化起源的一个假设有了新证据
开花植物（被子植物）显著成功背后的一个因素也许是胚胎以及二次受精的一个产物——胚乳的发育。一个多世纪以前，科学家提出两个不同的假设来解释胚乳的演化起源，此后这两个假设一直将植物发育领域分成两个学派。Nowack等人所提出的新证据倾向于支持其中的一个假设，即著名植物学家Eduard Strasburger所提出的假设。一种含有一个来自母系的双倍体胚乳、而不是一个来自双亲的三倍体胚乳的拟南芥突变体，其种子被发现能够发育成可存活的植物。这表明雌性生殖结构是胚乳的来源，并且与认为胚乳的产生需要基因组印记的观点是不相符的，该观点认为，一个等位基因的表达取决于这个等位基因是由双亲中的哪一方贡献的。

毛囊真的能够再生
哺乳动物毛囊被认为只有在发育过程中才能更新，一个成年人毛囊的丢失一般被认为是永久性的。50年前，Billingham 和 Russel在Nature杂志上报告了野兔皮肤上的“毛发再生”，但这个发现后来被否定了。现在，随着通过弄伤成年小鼠皮肤可诱发毛囊再生的发现，这个问题又回到了议事日程上。这一发现表明，哺乳动物皮肤能够以比以前所认为的更大的弹性和更强的再生能力来对伤口做出反应，而且该发现对于那些研究创伤愈合、组织再生和干细胞功能的人们也有参考价值。

疱疹病毒感染也可能有好处
关于疱疹病毒感染的传统观点是，它们要么是活跃的和有害的，要么顶多是潜伏的、只是眼下无害。 但对小鼠所做的新的研究表明还存在第三种情况：它们可能对慢性疱疹病毒感染有一个直接的好处。被鼠类γHV68潜伏感染后，实验鼠会对各种不同的细菌病原体、包括李斯特菌（Listeria）和鼠疫杆菌（plague bacillus）产生长时间的交叉保护。这种保护是由γ-干扰素诱发的系统巨噬细胞激发的结果。潜伏的病毒因此会确定先天免疫的水平。潜伏状态不仅是一种活跃的免疫状态，而且这种活性还能提供共生好处。

幽门螺杆菌与极性蛋白之间的关系
幽门螺杆菌（Helicobacter pyroli）感染全世界人口的一半以上，虽然通常情况下人体能够很好容忍这种感染，但它也能引起胃粘膜损伤、消化道溃疡、胃炎和腺癌。CagA是幽门螺杆菌的主要毒性因子，由该细菌直接送进上皮细胞中，在此它对细胞信号作用产生干扰。现在，CagA被发现能与极性蛋白Par-1结合，抑制它的磷酸化，破坏上皮细胞极性。这项研究提供了一种人类病原体与PAR细胞极性器官之间的第一个分子联系，并且表明PAR1抑制在胃肠癌变中可能有一个普遍作用。

chemytwei

May 24, 2007


封面故事：细胞膜曲率诱导的蛋白间吸引力

细胞膜远不只是细胞外的一层包裹物，对其拓扑进行的重塑研究，将它们与内吞作用、囊泡形成和蛋白分选等重要功能联系了起来。专门的蛋白能够感知和生成膜曲率，指导膜的重塑。几种蛋白需要一起发挥作用才能完成这一任务，所以一种比较普遍的效应被认为也在发挥作用。多年来，物理学家、数学家、材料科学家和细胞生物学家对一种可能的普遍作用——完全由膜曲率诱导的蛋白之间的吸引力进行了研究。但是，诱导蛋白间相互作用的膜曲率的性质、甚至它们之间的相互作用是吸引还是排斥都仍然比较模糊。现在，计算机模拟显示，曲率诱导的相互作用的确可以是一种吸引力，并且是强大的、很有力的吸引力，完全能够胜任影响膜重塑的任务。本期封面图片所示为一个在协同分裂期间被衣壳所覆盖的虚拟细胞膜。

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亨廷顿病的诱因

氧化损伤几十年来一直被与衰老和神经退化疾病联系在一起，但氧化与衰老之间的生理联系却仍然不很清楚。现在，这种联系可能已经被找到了。亨廷顿病和其他几种神经退化疾病涉及以三个核苷酸为一组的CAG重复序列的扩张。在人类亨廷顿病的小鼠模型中，这种扩张在生命中期出现，并且在整个生命过程中继续。这种扩张发生在终端分异的细胞中，与氧化损伤有关。Glycolase OGG1中所存在的缺陷衰减依赖于年龄的重复扩张，而且因为OGG1是一种DNA修复酶，所以似乎氧化损伤的畸形修复诱发了这种疾病。这项工作为停止或减缓这种疾病发病的药物找到了可能的作用目标。
能够形成淀粉状纤丝的短肽及其晶体结构

阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退化疾病与淀粉状纤丝在大脑中的沉积有关。纤丝在结构上非常统一，看看产生它们的蛋白的多样性就知道了。现在，Sawaya等人识别出了来自很多不同淀粉状疾病的能够形成纤丝的短肽，并且获得了由它们当中的13种所形成的晶体的原子结构。迄今分析过的所有这些肽，都通过形成“steric zipper”的变种而进行自组装。“steric zipper”是在酵母锯蛋白Sup 35中首次发现的一种结构特征。这种“拉链”可能是淀粉状纤丝强度的关键，是治疗干预的首要目标。
纳米晶体单激子光增益成为可能

半导体纳米晶体有非常好的发光性能，所以具有用作容易采用基于溶液的方法来处理的光学放大媒介的潜力。这种材料的可能应用包括微电子中的光互联、“芯片实验室”（lab-on-a-chip）技术、以及量子信息处理。这些结构所存在的问题是，一个晶体中至少需要存在两个激子（束缚在一起的电子-空穴对），才能实现光增益，这个要求限制了其性能表现。在效果上相当于，在能够出现光放大之前激子会相互湮灭。现在，这一障碍已经利用核与壳来自不同半导体材料、电子和空穴彼此分开的纳米晶体克服了。这使得基于单激子的光增益成为可能，显著增强了它们作为激光应用中实用光学材料的希望。

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“灿烂的红色新星”——OT2006-1

很多重要天文发现开始于一道转瞬即逝的光或一个射电源的发现。2006年1月在室女座星团中的Messier 85星系中发现的异常明亮的光学瞬时天体OT2006-1因此是天文学家非常感兴趣的。Kulkarni等人报告了这一新光源的发现及其前几个月的情况。该光源比一颗新星要亮，但比一颗超新星要暗。对“哈勃太空望远镜”、“斯皮策太空望远镜”和“钱德拉X-射线天文台”的档案资料所做的一番搜索，没有发现其前身的任何迹象。这一结果及主星系的性质表明，两颗老恒星的合并可能是这一“灿烂的红色新星”形成的原因。

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纳米晶体单激子光增益成为可能

半导体纳米晶体有非常好的发光性能，所以具有用作容易采用基于溶液的方法来处理的光学放大媒介的潜力。这种材料的可能应用包括微电子中的光互联、“芯片实验室”（lab-on-a-chip）技术、以及量子信息处理。这些结构所存在的问题是，一个晶体中至少需要存在两个激子（束缚在一起的电子-空穴对），才能实现光增益，这个要求限制了其性能表现。在效果上相当于，在能够出现光放大之前激子会相互湮灭。现在，这一障碍已经利用核与壳来自不同半导体材料、电子和空穴彼此分开的纳米晶体克服了。这使得基于单激子的光增益成为可能，显著增强了它们作为激光应用中实用光学材料的希望。

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肢发育的原始性

四足动物（陆生脊椎动物）的四肢通常被认为是这样一个类群的动物所独有的演化创新。现在，对一种名为“匙吻鲟”（Polyodon spathula）的“活化石”的鳍的发育过程中Hox基因的表达所做的一项研究表明，被认为是四足动物四肢特征的基因表达和调控模式也见于处在演化树根部的条鳍鱼的鳍中。“匙吻鲟”是2.5亿年前海洋中常见的一种类型的有骨鱼的少数遗迹之一。这项工作表明，肢发育的某些方面是原始的，是所有有骨鱼共同的，但在斑马鱼等高度发达的鱼类中已经丢失。这些结果与最近新的化石发现如Tiktaalik是一致的，它是一种显示出骨骼从鱼类向四足动物渐进的鱼。

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从环礁湖沉积芯推知强烈飓风的频率

飓风的仪器记录比较短， 这也是为什么控制飓风活动的因素仍然不是很清楚的一个原因。Jeffrey Donnelly 和 Jonathan Woodruff通过建立北大西洋西部热带海域中飓风活动的一个长期记录已经解决了这一问题。与袭击波多黎各Vieques岛的强烈飓风相关的风暴，在该岛的一个环礁湖中沉积了多层粗糙沙质物。来自这一环礁湖的沉积芯被用来获取过去5000年强烈飓风袭击的频率。该记录与热带非洲厄尔尼诺事件和降雨的记录惊人地相似，说明厄尔尼诺/南方涛动及西非季风强度的变化，在控制热带北大西洋中强烈飓风频率上曾经扮演一个重要角色。

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代谢通道与生理时钟的耦合之谜

很多生理参数，如体温、血糖和心率，随生理时钟的24小时节律发生周期性变化。代谢通道与生理时钟是怎样耦合到一起的一直是一个谜，但现在用小鼠所做实验表明，代谢转录调控因子PGC-1alpha是一个关键因素。缺少PGC-1alpha的小鼠表现出异常的昼间活动节律、体温和代谢速度。在机械层次上，PGC-1alpha通过ROR家族的孤核受体的共激发来调控时钟基因表达。

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肿瘤的“金蝉脱壳”之计

若干高级肿瘤似乎通过脱掉与I-类 “主要组织相容性复合体”相关的可溶性配体MICA（该配体使 NKG2D受体失去活性）来逃避天然杀手细胞的免疫识别。用肿瘤细胞培养所做的新的研究工作表明，这一“金蝉脱壳”过程的机制涉及ERp5，它是一种与内质网相关的蛋白异构酶。这表明，表面ERp5是阻止肿瘤逃避免疫系统的治疗干预的一个战略目标。

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细胞分裂轴取向的控制

细胞分裂轴的取向是正常生长和发育的关键，因为它决定未来子细胞的命运。细胞附着在其上的细胞外基质在决定分裂轴取向中发挥一个作用。研究人员将用HeLa细胞所做实验与定量理论结合起来所做的研究表明，轴取向由皮层力发生器根据来自细胞微环境几何的提示信息来控制。一个基于由力发生器在轴微管上所施加的拉力的简单模型，能够定量描述很多不同几何中的轴取向。

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chemytwei

May 31, 2007
封面故事： 限制热量能够延长寿命的原因已经找到

限制几个卡路里的热量就可以延长实验鼠和其他物种的寿命，但限制进食何以能够延长寿命仍然是一个谜。现在，研究人员终于在用于衰老研究的模型生物线虫（C. elegans）身上发现了限制热量与长寿命之间的特定联系。Nicholas Bishop 和 Leonard Guarente发现，限制饮食能激活头部ASI神经元中的转录因子SKN-1，后者然后会向周围组织发出增加代谢活性的信号。这种神经细胞影响非神经组织的现象表明，内分泌系统参与了其中。Panowski等人报告，小肠和头部及尾部少数细胞中一种名叫PHA-4的转录因子活性的增加也是由限制饮食所产生的寿命延长所必需的。PHA-4与哺乳动物体内的Foxa转录因子类似，后者影响发育和调控空腹血糖素和葡萄糖水平。关于这种联系的知识让我们看到了用药物来模仿限制热量之好处的希望。
研究锯蛋白构象变化的新方法

锯蛋白的构象变化不仅是神经退化疾病的致病因素，而且还是一种古老的、但只是最近才发现的基于蛋白的遗传机制。这些蛋白质之间的相互作用及所导致的、生成了锯蛋白的构象变化非常难以用传统生物物理方法进行研究。作为一种替代方法，Peter Tessier 和 Susan Lindquist利用由超过100个表面结合的锯蛋白肽构成的阵列（所有这些肽都是基于酵母的Sup35锯蛋白）来匹配锯蛋白单体之间负责识别的序列元素。结果是，对S. cerevisiae的锯蛋白，其主要识别点与第9个残基和第39个残基之间的一段氨基酸短链相对应；对来自C. albicans的蛋白质，其主要识别点与识别区域相对应。这些识别元素本身就足以将非锯蛋白构象中的全长度蛋白转换成自成模板的淀粉质构象。同样是这些序列元素，它们还能决定不同品系的锯蛋白的形成，决定不同物种之间的传输壁垒。

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恒星MWC 480附近观测到气体

行星体系是在由恒星形成过程残留下来的年轻恒星周围的尘埃环内形成的。这些环的陆地行星形成区对应着非常小的角，这些角小到远远超过即便是最大的地面和太空望远镜的角分辨率的程度。现在，利用“凯克干涉仪”上的一个新仪器，研究人员在距年轻恒星MWC 480一个天文单位（即一个太阳-地球之间的距离）内观测到了包括水蒸气和原子氢在内的气体。水蒸气很可能是由运动中的冰质天体的升华产生的，它有可能为陆地行星的产生提供一个水库。

高温超导研究方面的两篇重要论文

本期两篇论文报告了高温超导研究方面的重要进展。在经过20多年深入研究之后，高温超导仍是一个捉摸不定的目标。Doiron-Leyraud等人报告，他们在一个高温超导体内观测到一个费米表面，这是一个被认为是金属的经典特征的现象。Gomes等人解决了一个长期悬而未决的问题——在一种高温超导体的临界温度之上的温度下，电子能谱中的间隙是否与电子配对相关？他们发现是这样的。有了这两篇优秀的实验论文所提供的一些可靠的新数据，现在该轮到理论工作者来弄清它们对超导机制有何意义了。

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热带气旋与海洋混合

热带气旋已知能够混合海洋的上层，这个过程像用泵抽一样将热量向下输送，从而在局部尺度上使海洋表面降温。曾有人提出，它们在全球尺度的海洋混合中也可能扮演一个重要角色，而新的计算表明，热带气旋的确要对热带地区海洋表面的显著降温和垂直混合负责。由这一过程向下泵输的热量一定被向极地的热传输所平衡，说明向极地传输的海洋热量的峰值中大约15%可能与热带气旋诱导的混合有关。由热带气旋诱导的混合的数量也与海洋表面温度有关，说明热带海洋表面温度今后的变化对海洋环流和海洋热输送都可能有显著影响，而这两个过程都受海洋混合的影响。气候变化模型如果将这些效应考虑进去的话可能会比较好。读者也可以参阅上个星期Nature上的“概念”文章，在该文中，Martin Visbeck认为，向上运动海水的“拉力”在海洋混合中是一个增加因素。在本期Nature上的另一篇文章中，Quirin Schiermeier对关于海洋混合的最新研究工作进行了综述。

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从演化角度对动物个性的解释

虽然如胆大、侵略行为和规避风险等“个性”已被发现存在于从灵长目到蚂蚁在内的超过60个动物物种中，但要从演化角度来解释它们的存在却一直是一个谜团。的确，演化对于保持不同个性并不有利，而是倾向于形成单一个性。在一个生命史数值模型中，Wolf等人发现， 动物个性（定义为在各种不同环境中所表现出来的比较一致的若干组行为）的演化与对生命史中所出现的交换（trade-off）的一种适应性响应有关。在这一模型中，关于当前与未来生殖之间的交换的决定，决定着个体对危险条件的响应，这可能是动物个性及其能在种群中维持下来的基础。

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趋异适应与生殖隔离之间根本联系的直接证据

新物种是怎样形成的？物种形成难以直接观测，因为它是一个漫长的过程。人们曾在理论上分为，当一个物种的种群相互分开、去适应不同环境时，它们在杂交方面就会变得不太成功，就可能形成新物种。在一个实验中，研究人员使用了两个菌种的酵母，它们在能够加快物种形成的实验室条件下繁殖。该实验证实，适应于不同环境的种群的杂交与全部适应于同一环境的种群的杂交相比，前者的繁殖能力差一些（适应性差一些）。这是趋异适应与生殖隔离的发展之间的一个根本性联系的直接证据。

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  儿童天生的数学能力

人们普遍假设，儿童在学习符号运算之前需要先掌握数字系统的逻辑。现在，用5岁小孩所做的一个试验表明，实际上他们在接受任何运算教育之前就已经有了符号运算知识。儿童能够解决涉及大数字的符号加减法运算问题，如果只需计算大概的和与差的话。这些发现为了解儿童天生的数学能力提供了线索，也为我们提示了如何丰富儿童数学学习的途径。

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趋异适应与生殖隔离之间根本联系的直接证据

新物种是怎样形成的？物种形成难以直接观测，因为它是一个漫长的过程。人们曾在理论上分为，当一个物种的种群相互分开、去适应不同环境时，它们在杂交方面就会变得不太成功，就可能形成新物种。在一个实验中，研究人员使用了两个菌种的酵母，它们在能够加快物种形成的实验室条件下繁殖。该实验证实，适应于不同环境的种群的杂交与全部适应于同一环境的种群的杂交相比，前者的繁殖能力差一些（适应性差一些）。这是趋异适应与生殖隔离的发展之间的一个根本性联系的直接证据。

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细胞与番茄酱和牙膏的共同点

我们体内的细胞是怎样完成其伸展、收缩和重塑等常规性机械任务的？这个问题对于了解哮喘中的气路变窄、癌症中的细胞入侵和心血管病中的血管收缩等有非常深远的意义。 这个问题的答案来自一个测量人气路平滑肌细胞“伸展”的新颖的实验系统，该答案是，细胞与我们所熟悉的物质包括番茄酱、剃须膏和牙膏等有很多共同点。这些物质在变形后就会变成流体，盛在碗里的糖或咖啡豆也一样。这样的物质其行为就像一种玻璃一样的物质的中间形态，既不是固体，又不是液体，但却保持着二者的特征。

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智力发育迟缓与染色质的关系

一种以前被认为与X-性染色体连锁智力发育迟缓有关的蛋白，现在被发现通过改变组蛋白影响基因表达。含有JmjC域的蛋白SMCX（或JARID1C）是一种组蛋白去甲基化酶，它在试管中和在细胞中都能将“在赖氨酸-4处三甲基化的组蛋白H3”（H3K4me3）去甲基化，并且能够抑制某些神经基因的转录。该发现表明，SMCX的突变也许会通过染色质上的这一效应损害神经基因的调控，从而有助于发病。

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proteinthree

June 07, 2007
封面故事：今后可能不再需要妇女捐献卵母细胞

本期Nature上一篇论文纠正了克隆领域一个长期存在的误解。自从上个世纪80年代初所做的第一批核转移实验以来，人们普遍认为，成功的动物克隆和胚胎干细胞系生成需要将体细胞核转移进一个受精的减数分裂卵母细胞中。现在，Egli等人通过利用小鼠细胞所做的一系列实验证明，重新编程活动在受精之后还在合子（受精卵）中继续进行。这一发现对于我们了解核重新编程和克隆动物的生物学具有重要意义。他们的实验结果还表明，科学研究中实际上可以不用让妇女捐献卵母细胞，因为那些被进行人工受精的诊所放弃的受精卵、或者胚胎卵裂球也许就可以作为合适的接受细胞来生成定制的人类胚胎干细胞系。本期封面所示为染色体向受精卵中的转移，是在染色体转移后所发生的第一次有丝分裂之后的情形。（参见第680页的图2i）

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7种常见家族性疾病的基因关联研究

随着人类基因组中更多标记的发现，我们将有可能不用先将基因组中的候选区域范围缩小就可以搜索与人类疾病相关的基因。在一篇突破性的文章中，Wellcome Trust Case Control Consortium报告了对超过16,000个人所进行的关于7种常见家族性疾病的一项激动人心的、整个基因组范围内的关联研究。他们的分析证实了以前所发现的位点，并为很多新型疾病的易感基因提供了有力证据。

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基因关联的陷阱

对最近发表的很多基因关联研究结果进行分析会引发我们思考：文献中有很多误判和有疑问的基因型-表现型关联。由“国家癌症研究所”和“国家人类基因组研究所”成立的一个工作组一直在寻求解决一个棘手的问题——什么构成一个基因型-表现型关联的重复？他们所获得的初步结果发表在这一期的Nature杂志上，同时也介绍了关于报告最初及重复研究的最佳实践的指导方针。但显然，有时需要一系列研究来证实基因型-表现型的关联。

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达尔文的预测得到证实

1862年，在解释石蚕花(Star of Bethlehem，学名：Angraecum sesquipedale)特别长的花距（nectar spur）时，达尔文提出，一种植物的花距长度的增加及其授粉者舌头长度的增加是因为存在一种“协同进化”竞赛。他预测存在一种舌头极长的蛾子。这种蛾子于1903年被发现，其学名是Xanthopan morgani ssp. Praedicta， 它的舌头长度为22厘米。但这种“竞赛”模型仍然存在争议，因为一种特别长的舌头也可能会通过其他方式形成。现在，Justen Whittall 和 Scott Hodges通过对耧斗菜属（Aquilegia）植物在一个物种层次上的系统发生进行研究发现，耧斗菜属的花距的确是在不断变长，但这种变长是由于一系列可以预测的针对不相关的授粉者的适应性变化，主要集中在物种形成事件期间。在这一案例中，达尔文的“竞赛说”看来是成立的。

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提高核磁共振灵敏度的新方法

核磁共振（NMR）是以一种非入侵性方式探测液体和固体结构和动态的最强大和最多能的方法之一。但它也有一个很大的缺陷：其内在的极差的灵敏性使得它不适合探测非常小的样本。现在有了MACS——“magic angle coil spinning”。这种新技术利用感应耦合来帮助探测脉冲的无线传输和NMR信号的无线接收。这又可以让NMR探测器线圈和样本一起非常快地旋转，使得NMR测量能够以非常高的灵敏度进行。该方法可以将来自有机粉末和生物组织的小样本的信号放大一个数量级，在高通过量化学和生物医学分析中将会特别有用。

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大西洋飓风频率在回归正常

大西洋上的大型飓风的发生频率自1995年以来显著增加，但仍然不清楚这是由于全球变暖还是自然变化。探讨这个问题的一种办法是，考虑过去飓风发生频率的变化，但对大西洋飓风活动的可靠观测只有几十年时间。Nyberg等人利用来自似乎能够反映影响飓风活动的两个主要参数——风的垂直剪切作用和海洋表面温度——的珊瑚和海洋沉积芯来重建自1730年以来大西洋上大型飓风的发生频率。结果表明，与过去270年相比，上个世纪70年代和80年代飓风频率异常地低，1995年以来飓风频率的增加代表着向“正常”飓风活动的一种回归。这些趋势似乎与风的剪切作用有关，但什么引起这一参数变化的仍然不确定。

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海洋板块通过地幔循环的性质和时间

地球的火山和地震活动能够反映其活跃的内部的情况以及表面海洋板块通过地幔进行的循环的情况，但我们对这一过程的性质和时间尺度却不是很了解。为了帮助确定这种深层循环的程度，Turner等人分析了来自亚速尔群岛的玄武岩中的氧、铌、硼和锇同位素的含量。结果表明，这一材料中有一些来自已经不含熔融物和流体的岩石圈地幔，其年龄至少25亿年，而亚速尔群岛其他地方的玄武岩被认为含有年龄大约有30亿年的富含熔融物的玄武岩成分。似乎两种成分都可能来自一个太古代海洋板块，该板块潜没并留在了深层，直到热浮力在大约30亿年后使它上升到亚速尔群岛下面。

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西尼罗河病毒使北美一些鸟类数量急剧下降

北美腹地人们最熟悉的一些鸟类，包括冠蓝鸦、知更鸟、蓝知更鸟和鹪鹩，在过去30年因感染西尼罗河病毒而使种群数量急剧下降。该病毒在美国第一次见诸报道的爆发是在纽约市地区，发生在1999年，可能是由一只感染了该病毒的鸟或蚊子进入该地区造成的。对繁育鸟群所做的一项新的研究显示，该事件造成的损失要比人们曾经预料的大得多——大到足以引起人们对该事件对整个生态系统稳定性的影响表示担忧。这项工作反映了一个入侵病原体对本地野生动物能够产生的潜在的毁灭性影响， 也让我们看到了野生动物贸易的潜在危险。

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青鳉基因组完成测序和分析

青鳉（Oryzias latipes）是日本一种很流行的宠物，而且最近也成为发育遗传学和演化生物学研究的一个实验室模型动物。现在，青鳉的基因组已经由日本的一个大型联合课题组完成测序和分析。鲷（cichlids）和刺鱼（stickleback）也正在成为研究脊椎动物物种形成的遗传基础的模型体系，它们在演化上要比青鳉距斑马鱼更近，所以青鳉的基因组序列将能为了解4亿年的脊椎动物基因组演化提供有价值的线索。

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干细胞功能与衰老

两个小组在本期Nature上报告了一个重要的关于衰老的假设的机制——由于DNA损伤修复缺陷而造成的维持组织平衡的能力下降。Nijnik等人发现，由于非同源端接通道的DNA修复功能失常，DNA损伤会在体内的生理条件下在干细胞中累积，导致成年干细胞随着时间的推移被耗尽。Rossi等人发现了在三种不同的基因组维护缺陷情况下与年龄相关的干细胞功能的下降。

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chemytwei

June 14, 2007
封面故事：人类遗传结构的百科全书

ENCODE项目即所谓的“DNA元素百科全书”项目，其中ENCODE所代表的是“ENCyclopedia Of DNA Elements”。该项目旨在识别人类基因组中所有功能元素。现在人类基因组序列已经确定，所以下一个挑战是弄清细胞实际上是怎样将其作为一本“说明书”来使用的。ENCODE课题组已经完成了该项目的“原理证明”试点阶段的工作，即对人类基因组中1%目标区域中的功能元素进行分析的工作。发表在本期Nature上的分析结果表明，人类基因组中的大多数碱基对存在于初级转录版本中，包括非蛋白编码转录版本和重叠的版本。对转录调控所做的分析，使我们对转录起始点有了新的了解，对染色质的结构也有了更成熟的认识。将这些数据整合起来，尤其是就哺乳动物演化而言，可以为我们提供关于DNA蓝图中所编码的信息是怎样被转化成活细胞中的功能系统的新线索。

Nature杂志导师指南

今年是Nature杂志评选优秀科学辅导奖的第三个年头。现在，2007年度南非优秀导师奖的提名已经结束。但在本期Nature上，我们发表“Nature杂志导师指南”。该指南是根据申请2006年度优秀导师奖的申请材料所提供的丰富资料编写的，旨在为那些刚刚从事导师工作（担任其研究生的导师或其课题组中其他研究人员的导师）的年轻科学家提供指导。
火星海岸线又有了新解释

关于火星上是否有海洋的问题是一个非常吸引人的话题。当环绕火星平原的一组表面特征被解释为由以前的海岸线留下的遗迹时，一切似乎都已经清楚。但沿假设中的海岸线的地形轮廓却显示出高程上的长波趋势，高度变化达几公里。这个结果与海岸线假设是相矛盾的。不过现在，海洋假说又突然回来了。Perron等人发现，极地偏移（火星表面相对于其转动轴的取向所发生的一个变化）可以解释其海岸线的变形。而且，引起所观测到的变形的极地偏移的轨迹似乎与该星球的转动动态是一致的。

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人类活动对森林生态系统的影响

对西欧和美国的森林生态系统所做的一项研究解决了一个长期存在的争议，同时也提出了很多新问题。所研究的问题是，氮沉积对全球碳循环的影响，尤其是人类活动所扮演的角色。这项新的研究表明，通过森林管理的直接影响，以及通过氮肥的使用和汽车及工业等所产生的氮氧化物的间接影响，人类活动对碳平衡或生态系统的净生产（即生态系统通过光合作用所进行的固碳作用及碳随后通过植物和土壤呼吸所进行的排放之间的平衡）具有一个深远的、基本上是积极的效应。在为这篇论文所配发的News and Views中，Peter H鰃berg考虑了这些发现对于诸如为森林施用氮肥的做法是否正确等实际问题的意义。

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发现新型窄谱抗菌素的希望

来自阿斯利康（AstraZeneca）研究实验室的一个小组现已从几种病原性细菌中分离出了谷氨酸消旋酶。他们发现，虽然所有的酶都催化同一化学反应，但存在三种截然不同的调控机制。通过寻找具有菌种特异性的谷氨酸消旋酶抑制分子，他们获得了一系列化合物，这些化合物通过与一个神秘的变构点相结合来定位幽门螺杆菌酶。这项工作也许可以导致新的窄谱抗菌素的发现。

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用微RNA进行基因沉默研究

本期Nature上两篇论文报告了关于用微RNA（miRNAs）来进行基因沉默的研究结果。微RNA是指调控信使RNA稳定性和转录的小RNA。Chendrimada等人发现，三分子复合物RISC（该复合物已知能产生微RNA）与MOV10复合物发生相互作用，后者包括核糖体抗关联因子eIF6。这一发现表明，eIF6所起的作用是在演化过程中保留下来的、由微RNA引导的基因沉默的调控因子。Rolf Thermann 和 Matthias Hentze发现，果蝇的微RNA“miR2”通过生成与核糖体非常相似的大miRNA复合物来阻止蛋白形成，而锁进所形成的“假多核糖体”（pseudo-polysome）中的信使RNA的作用便被有效阻止了。

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它是否就是超新星SN 2006jc？

当一个明亮的光学瞬态于2004年10月在UGC 4904星系被发现时，种种迹象表明，其大小和亮度都大到足以被认为是一颗超新星。进一步的研究工作表明，它还不是非常符合这样一个尺度的要求，但差不多在其被发现正好两年之后，它似乎又像是超新星了：超新星SN 2006jc在天空的位置正好是早先的这个光学瞬态所在的地方。这是这样一种双爆发（double outburst）首次被观测到。一种可能性是，最初的瞬态是来自一颗Wolf-Rayet恒星的一次爆发，该恒星是一颗非常热的、在迅速失去质量的巨大恒星。另一种可能性是，该系统也许是一个双星体系，包含一颗明亮的蓝色变星，它于2004年爆发；两年之后一颗相伴的Wolf-Rayet恒星作为超新星SN2006jc爆发。

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土星附近的确存在等离子体的离心交换

由土星的迅速转动所造成的离心力被认为会将致密的等离子体抛到太阳系中，这些等离子体又会被来自磁层的、向内流动的更热、更稀薄的等离子体所取代。对土星区域的电子流和磁场所做的新的观测证实，等离子体的离心交换（这种现象已经在木星周围观测到）的确在此发生。向外流的等离子体源自Dione 和Tethys的轨道附近，从而支持认为存在与这两个大型冰质卫星相关的截然不同的等离子体环的观点。

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中国发现体形庞大却又像鸟的肉食性恐龙化石

对肉食性恐龙来说，一般趋势是，它们体形越小，就越像鸟。但现在却发现了一种非常大、而又非常像鸟的恐龙的化石，所以它是不符合这种趋势的。新发现的恐龙化石来自中国内蒙古的晚白垩纪地层（距今大约7000万年前），属于包括带喙的、像鸟一样的偷蛋龙（Oviraptor）在内的一个恐龙家族，但虽然这个家族中的大多数恐龙很少有体重超过40公斤的，而新发现的这种被命名为Gigantoraptor的恐龙却有大约1,400公斤重，身长约8米。

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凝视时眼睛微小运动的功能

凝视性眼睛运动指的是眼睛不自觉的微小运动，或称“视网膜抖动”，是在我们盯住某个东西看时发生的。这种运动的功能自其在上个世纪50年代首次被发现以来一直是一个有争议的问题。Rucci等人通过将心理物理实验与对进入眼睛、以抵消眼睛运动的视觉效应的视觉信号所做的统计分析结合起来，发现如果没有这些运动，我们对细微信息的感知就会降低。这表明，凝视性眼睛运动是大脑用来从视觉信息中提取细节内容的一个策略的构成部分。

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中国发现体形庞大却又像鸟的肉食性恐龙化石

对肉食性恐龙来说，一般趋势是，它们体形越小，就越像鸟。但现在却发现了一种非常大、而又非常像鸟的恐龙的化石，所以它是不符合这种趋势的。新发现的恐龙化石来自中国内蒙古的晚白垩纪地层（距今大约7000万年前），属于包括带喙的、像鸟一样的偷蛋龙（Oviraptor）在内的一个恐龙家族，但虽然这个家族中的大多数恐龙很少有体重超过40公斤的，而新发现的这种被命名为Gigantoraptor的恐龙却有大约1,400公斤重，身长约8米。

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自噬作用与泛素-蛋白酶体系统之间的关系

对于一个细胞来说，要除去随着时间推移所积累的不合适的蛋白主要有两个通道：泛素-蛋白酶体系统和自噬作用，后者指的是通过一个细胞自身的溶酶体细胞器来使该细胞自己的组成部分自我破坏。用泛素-蛋白酶体系统已被瓦解了的一种神经退化疾病的果蝇模型所做的研究表明，自噬作用可以补偿这种损失。两个蛋白破坏通道在体内是联系在一起的，与微管相关的组蛋白去乙酰化酶HDAC6充当二者之间的联系。HDAC6的表达足以诱发自噬作用，使果蝇的神经退化得以挽救。这些发现反映了自噬作用与泛素-蛋白酶体系统之间的关系，并且对于了解与蛋白有关的神经退化疾病的发病机理及可能的治疗方法也有参考意义。

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凝视时眼睛微小运动的功能

凝视性眼睛运动指的是眼睛不自觉的微小运动，或称“视网膜抖动”，是在我们盯住某个东西看时发生的。这种运动的功能自其在上个世纪50年代首次被发现以来一直是一个有争议的问题。Rucci等人通过将心理物理实验与对进入眼睛、以抵消眼睛运动的视觉效应的视觉信号所做的统计分析结合起来，发现如果没有这些运动，我们对细微信息的感知就会降低。这表明，凝视性眼睛运动是大脑用来从视觉信息中提取细节内容的一个策略的构成部分。

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current

Nature2007年6月21日要览

封面故事： 一级方程式赛车将采用环保科技
Formula 1 racing: Power games
赛车活动很难是“绿色”的：在赛场上，车手和赛车转圈跑；而在工厂里，风洞
在24小时不停地运转，就为了争取赛场上那1/10秒的领先。但是，在给我们带来
了蝶形刹车、主动悬挂、ABS刹车和电子引擎管理等先进技术的“品种改良”传
统中，还有一些对一级方程式赛车进行重塑和绿色改造的宏伟计划。从2009年开
始，新的条例将要求减少这项运动的环境影响，采用“动能恢复系统”（KERS）
来利用赛车减速过程中本来会浪费掉的能量。激烈的竞争、智慧的技术和大笔的
研究预算相结合，将推动这项技术的研发和应用，并将把KERS技术最终带给普通
汽车。Andreas Trabesinger对这一新技术背后的科学问题进行了分析。（News
Feature p. 900）本期封面照片所示为麦克拉伦车队的赛车手路易斯*汉密尔顿
在加拿大蒙特利尔首次夺冠后领奖的情形，该项赛事是今年北美两项一级方程式
比赛的第一项。
不可为而为之的微生物研究 （We know you’re there）
Extreme culture
微生物到处都是，在很多环境中它们绝大多数不能用传统方法来培养。环境基因
组学（Metagenomics）（即对一个环境中发现的所有DNA进行全面分析的一个学
科）研究显示了很多关于这些看不见的微生物的信息。但对一些微生物学家来
说，这个结果只能促使他们走向极端——去寻求对那些不能培养的微生物进行培
养。（News Feature p. 905）
关于线粒体起源的争论（A host of options）
Eukaryote evolution: Engulfed by speculation
人们普遍认为，线粒体是真核细胞的能量来源，是从一个被吞没的细菌演化来
的。但这种吞没是什么造成的呢？是一个古细菌吞没了一个细菌吗？是一个RNA
细胞吞没了一个古细菌和一个线粒体祖先吗？ Anthony Poole 和David Penny认
为，在这一领域猜测太多了，现在是回到问题的基本点上的时候了。他们提出，
我们首先应当重新审视被过早放弃的原始真核细胞宿主理论。（Concepts p.
913）
脂肪酸结合蛋白可能是代谢疾病药物的潜在目标（Treating metabolic
syndrome）
Treatment of diabetes and atherosclerosis by inhibiting
fatty-acid-binding protein aP2
类脂伴护蛋白（也称为脂肪酸结合蛋白）是代谢和炎症响应之间的重要联系，尤
其是，脂肪酸结合蛋白aP2的功能的遗传性丧失已被发现能够保护实验鼠免受代
谢综合症的很多成分的影响。新的研究工作提出这样一个可能性：脂肪酸结合蛋
白是治疗代谢疾病的药物的潜在目标。口服BMS309403（一种强效aP2抑制成分）
被证明在一系列小鼠模型中对于糖尿病和动脉粥样硬化都是有效的。这表明，
aP2在人体中的功能与在小鼠体内的功能是类似的，对aP2的进行化学抑制对于糖
尿病和心血管疾病也许是有效的。（Article p. 959）


一种改进的癌症模型（An improved cancer model）
Chromosomally unstable mouse tumours have genomic alterations similar
to diverse human cancers
传统小鼠癌症模型是通过将一种致癌基因转移进小鼠胚胎中做成的。转移后实验
鼠会患癌症，但所患癌症却不会表现在人体中所发现的明显的基因组不稳定性。
人类癌症一般与很多基因变异有关，其中有些是致癌的，有些是正在形成中的疾
病的构成部分，而有些则是偶然发生的。现在，研究人员已经培养出一个能够模
仿人类癌症中基因组稳定水平的新的小鼠模型。研究人员是把能够引起染色体不
稳定的遗传要素用基因工程方法转移进易患淋巴癌的小鼠体内而培养出这一小鼠
模型的，该模型在很多方面与人类疾病非常相似，包括基因FBXW7 和 PTEN发生
删除和突变等。（Article p. 966）
科学家拟研制采用液体镜面的太空望远镜（Liquid engineering）
Deposition of metal films on an ionic liquid as a basis for a lunar
telescope
为了研制一种能够观测比下一代太空望远镜——“詹姆斯*韦伯太空望远镜”所
能看到的天体暗100到1000倍的天体的太空望远镜，研究人员正在进行一项可行
性研究。尚未问世的这种仪器就是“月球液体镜面望远镜”，所依靠的是由一种
旋转的液体组成的一个20米到100米的镜面。红外线对于红移值为z>7的天体（真
正的早期宇宙）的观测来说尤为重要，为此，需要镜面温度低于130 K。最新研
究表明，该项目的这一部分是可行的。通过用银涂上一层离子液体，就能获得一
个光滑的、在数月内保持稳定的表面。当前所采用的离子液体的温度低至175
K。有很多种不同的三元离子液体可供选择，其中一些的熔点应当会低于130 K。
（Letter p. 979; News & Views）


获取更好生物燃料的一种新的催化过程(Towards better biofuels)
Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived
carbohydrates
生物燃料作为一种可持续性能源这些天屡屡见诸报道。在交通运输应用上，生物
燃料通常指由生物质提取的乙醇。但乙醇作为运输燃料有其局限性：它挥发性
强，吸水，能量密度低。来自威斯康星大学麦迪逊分校的一个研究小组研究出由
两个步骤组成的一个催化过程，可将果糖转化成一种要好很多的液体生物燃
料——2,5 二甲基呋喃（DMF）。果糖是直接从生物质提取的或通过葡萄糖的异
构获得，DMF的优点是能量密度比乙醇高40%，沸点较高，不溶于水。在DMF生产
实现商业化之前还需要进行一些工作，但这一新的催化过程看起来很有希望。
（Letter p. 982; News & Views）
北冰洋的演化过程（Birth of an ocean）
The early Miocene onset of a ventilated circulation regime in the
Arctic Ocean
北大西洋北部和北冰洋中的深水形成，是全球热盐循环的一个关键驱动因素，因
而也是全球气候变化的一个关键驱动因素。由于缺乏来自北极深海海床的沉积
物，这一领域的研究工作受到了影响。但当研究人员于2004年在ACEX实验中从北
冰洋中部钻取第一批沉积芯后，这种情况就改变了。这一独特的428米厚的新生
代沉积序列保存了古环境史的一个关键部分：北冰洋成为其当前形式的时间。弗
拉姆海峡(Fram Strait)的逐渐打开，导致这个区域从一个被陆地包围的湖泊一
样的水体变成一个海湾型的水体，就像黑海一样，与外界有可变的水流循环，最
终在距今约1750万年前发展成与外界能够完全进行水流循环的“海洋”阶段。
（Letter p. 986）


对上层地幔“水过滤”模型的新认识（Filter tips）
Electromagnetic detection of a 410-km-deep melt layer in the
southwestern United States
在2003年9月发表在Nature上的一篇论文中，David Bercovici 和 Shun-ichiro
Karato提出一个关于地球上层地幔对流的模型，这个模型解决了一些遗留问题。
他们的“水过滤”模型涉及地幔410公里厚的地震不连续带上的一个熔融层或流
体层，然而事实证明，对这一地层进行地球物理探测有困难。Daniel
Toffelmier 和 James Tyburczy试图通过将区域磁深度声纳探测数据与对上层地
幔和过渡带上含氢的矿物质的电导率的估计值结合起来解决这一问题。他们发
现，在410公里深处有一个5-30公里厚的熔融层的事实与来自美国西南部（图森
市）的数据是一致的，但其他地区的数据却并不要求存在这样一个熔融层。所
以，所假设的过渡带水过滤是区域性出现的，但可能并不是全球性现象。
（Letter p. 991）
亚马逊次生林研究及全球氮循环（Nitrogen does the rounds）
Recuperation of nitrogen cycling in Amazonian forests following
agricultural abandonment / The significance of nitrification for
oceanic new production
亚马逊原始森林的约16%已被砍伐用于农业生产，但这些土地中很多已经不再使
用，并开始重新生长森林。这样的“次生林”正在变得越来越重要，因为热带土
地利用变化导致很多地方经历了农业生产阶段。对处于3年到70年的恢复期的亚
马逊地区森林所做的一项新的研究显示，氮和磷的循环过程与在土地利用变化过
程中所损失的氮是一致的。尤其是，氮的供应是短暂的，很容易被自然扰动或人
为扰动所破坏。了解养分循环过程在次生林演替过程中怎样变化，将有助于对亚
马逊生态系统进行更好的管理。（Letter p. 995）另外，在氮循环方面，结合
一个全球生态系统模型对关于开阔海洋上的硝化作用的几乎所有现有数据所做的
一项分析表明，关于海洋硝化作用的被人们普遍接受的假设是不正确的。被海洋
吸收的硝酸盐中很多是通过最近接近表面的硝化作用产生的，而且，在全球尺度
上，硝化作用占生长中的浮游植物所消耗的硝酸盐的一半左右。这意味着，以前
很多试图对海洋碳输出进行量化的工作可能做了明显过高的估计。（Letter p.
999）
胎生哺乳动物的起源时间与地点（Our friends in the north）
Cretaceous eutherians and Laurasian origin for placental mammals near
the K/T boundary
关于胎生哺乳动物（包括人类和几乎所有其他以胎生方式养育后代的哺乳动物）
是否是在距今6500万年前（当时恐龙开始灭绝）开始其漫漫演化旅程的、或者说
它们是否还有更久远的演化历史存在很多争论。根据来自蒙古的一种距今7500万
年前的哺乳动物的一个新发现的化石所具有的特征，结合对整个白垩纪哺乳动物
的形态所做的一项全面分析，研究人员发现，胎生哺乳动物有一个“爆炸性”的
演化起源，时间就在恐龙灭绝的时候。北方的“劳亚古陆”(Laurasia)和南方的
“冈瓦那古陆”（Gondwana）都曾被与胎生哺乳动物的起源联系起来。这项研究
工作表明，胎生哺乳动物的起源发生在白垩纪末（距今约6500万年前）的“劳亚
古陆”。（Letter p. 1003; News & Views）


一种新发现的造血干细胞数量调控成分（A tonic to the blood）
Prostaglandin E2 regulates vertebrate haematopoietic stem cell
homeostasis
研究人员通过对斑马鱼进行化学基因筛选，发现了一种以前没有被识别出的脊椎
动物造血干细胞（HSC）数量调控成分。在对成年鱼进行辐射之后，前列腺素E2
(PGE2 )能增加胚胎中的HSC和增强骨髓恢复能力。PGE2对干细胞和先祖细胞数量
的这些效应在不同脊椎动物物种中都保留了下来。这项工作表明，对这一通道的
调控有可能被用来治疗接受骨髓移植的患者和某些形式的贫血。（Letter p.
1007）

kanhai

细胞膜曲率诱导的蛋白间吸引力

  细胞膜远不止是细胞外的一层包裹物，对其拓扑进行的重塑研究，将它们与内吞作用、囊泡形成和蛋白分选等重要功能联系了起来。专门的蛋白能够感知和生成膜曲率，指导膜的重塑。几种蛋白需要一起发挥作用才能完成这一任务，所以一种比较普遍的效应被认为也在发挥作用。多年来，物理学家、数学家、材料科学家和细胞生物学家对一种可能的普遍作用——完全由膜曲率诱导的蛋白之间的吸引力进行了研究。但是，诱导蛋白间相互作用的膜曲率的性质，甚至它们之间的相互作用是吸引还是排斥都仍然比较模糊。现在，计算机模拟显示，曲率诱导的相互作用的确可以是一种吸引力，并且是强大的、很有力的吸引力，完全能够胜任影响膜重塑的任务。本期封面图片所示为一个在协同分裂期间被衣壳所覆盖的虚拟细胞膜。

  亨廷顿病的诱因

  氧化损伤几十年来一直被与衰老和神经退化疾病联系在一起，但氧化与衰老之间的生理联系却仍然不很清楚。现在，这种联系可能已经被找到了。亨廷顿病和其他几种神经退化疾病涉及以3个核苷酸为一组的CAG重复序列的扩张。在人类亨廷顿病的小鼠模型中，这种扩张在生命中期出现，并且在整个生命过程中继续。这种扩张发生在终端分异的细胞中，与氧化损伤有关。Glycolase OGG1中所存在的缺陷衰减依赖于年龄的重复扩张，而且因为OGG1是一种DNA修复酶，所以似乎氧化损伤的畸形修复诱发了这种疾病。这项工作为停止或减缓这种疾病发病的药物找到了可能的作用目标。

  能够形成淀粉状纤丝的短肽及其晶体结构

  阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退化疾病与淀粉状纤丝在大脑中的沉积有关。纤丝在结构上非常统一，看看产生它们的蛋白的多样性就知道了。现在，Sawaya等人识别出了来自很多不同淀粉状疾病的能够形成纤丝的短肽，并且获得了由它们当中的13种所形成的晶体的原子结构。迄今分析过的所有这些肽，都通过形成“steric zipper”的变种而进行自组装。“steric zipper”是在酵母锯蛋白Sup 35中首次发现的一种结构特征。这种“拉链”可能是淀粉状纤丝强度的关键，是治疗干预的首要目标。

  OT2006-1“灿烂的红色新星”

  很多重要天文发现开始于一道转瞬即逝的光或一个射电源的发现。2006年1月在室女座星团中的Messier 85星系中发现的异常明亮的光学瞬时天体OT2006-1因此是天文学家非常感兴趣的。Kulkarni等人报告了这一新光源的发现及其前几个月的情况。

  该光源比一颗新星要亮，但比一颗超新星要暗。对哈勃太空望远镜、斯皮策太空望远镜和钱德拉X-射线天文台的档案资料所作的一番搜索，没有发现其前身的任何迹象。这一结果及主星系的性质表明，两颗老恒星的合并可能是这一“灿烂的红色新星”形成的原因。

  肢发育的原始性

  四足动物(陆生脊椎动物)的四肢通常被认为是这样一个类群的动物所独有的演化创新。现在，对一种名为匙吻鲟的“活化石”的鳍的发育过程中Hox基因的表达所作的一项研究表明，被认为是四足动物四肢特征的基因表达和调控模式也见于处在演化树根部的条鳍鱼的鳍中。

  匙吻鲟是2.5亿年前海洋中常见的一种类型的有骨鱼的少数遗迹之一。这项工作表明，肢发育的某些方面是原始的，是所有有骨鱼共同的，但在斑马鱼等高度发达的鱼类中已经丢失。这些结果与最近新的化石发现如Tiktaalik是一致的，它是一种显示出骨骼从鱼类向四足动物渐进的鱼。

  从环礁湖沉积芯推知强烈飓风的频率

  飓风的仪器记录比较短， 这也是为什么控制飓风活动的因素仍然不是很清楚的一个原因。Jeffrey Donnelly和Jonathan Woodruff通过建立北大西洋西部热带海域中飓风活动的一个长期记录已经解决了这一问题。与袭击波多黎各Vieques岛的强烈飓风相关的风暴，在该岛的一个环礁湖中沉积了多层粗糙沙质物。

  来自这一环礁湖的沉积芯被用来获取过去5000年强烈飓风袭击的频率。该记录与热带非洲厄尔尼诺事件和降雨的记录惊人地相似，说明厄尔尼诺/南方涛动及西非季风强度的变化，在控制热带北大西洋中强烈飓风频率上曾经扮演一个重要角色。

chemytwei

June 28, 2007
封面故事：频率可调的纳米线光源

纳米光子学（研究光在纳米尺度上的性质的一个学科）有可能使电信、计算和传感等领域发生革命性变化。本期Nature上介绍的一种新开发的频率可调的纳米线光源，可能会对纳米光子学的发展做出贡献，尤其是生物成像应用方面，因为它能在生理条件下发挥功能，确保对样本的损伤最小。该光源由一种无机材料（铌酸钾）制成，该材料具有非线性光学性质（因而能将光从一个频率转换成另一个频率）。研究人员可以用光钳将这种光源稳稳夹住，然后在一个试样上扫描。这样获得的图像能够显示具有亚波长分辨率的简单结构。除了生物成像外，这种方法还可用在先进信息技术、密码学和信号处理电路中。封面图片所示为，研究人员正在用一个束缚的纳米线在液体环境中扫描涂有颜料的微珠。

猴子也能进行概率推算

每天，我们都要根据对获得一个好的结果的机会所做的快速评估来做出数以千计的决定。心理学家将此称为“概率推算”（probabilistic reasoning），它被认为依赖于大脑基底神经节中的记忆回路。现在，用恒河猴所做的一个实验表明，它们也有进行概率推算的能力。研究人员对两只猴子进行训练，让它们在看过由四种形状组成的一个序列后从一对标有颜色的目标中做出选择，这个序列决定着其中一个目标导致奖励的概率。这两只猴子学会了利用从不同形状组合中获得的信息来推断哪个组合将预示着奖励。来自顶骨皮层的记录显示，大脑中这一区域的神经元参与了这些判断背后的概率数量的加减运算。

Page: 1075

血压药物“伊拉地平”治疗帕金森氏病的希望

虽然大脑中几个区域显示帕金森氏病病理的迹象，但引起这种疾病典型的运动综合症的是“黑质致密部”（substantia nigra pars compacta）中多巴胺神经元的死亡。为什么这些神经元很脆弱并不清楚，但研究人员曾经认为，细胞内钙浓度突然升高可能是一大因素。现在，新的研究工作表明，多巴胺神经元依靠Ca2+通道来维持它们的节律活动，而且这种依赖随年龄增长而增加。但用“伊拉地平”（Isradipine）来处理，可以使成年神经元发生逆转，像年轻神经元一样利用Na+/HCN通道。该药物是钙的一种拮抗剂，用来治疗高血压和中风。在帕金森氏病的小鼠模型中，这种“返老还童”能够保护多巴胺神经元，说明它也许能够减缓或停止该疾病的发展。当前的抗帕金森氏病药物只能治疗这种病的症状，所以人们将会对这一新方法在临床试验中的进展非常感兴趣。

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多巴胺神经元获得奖励信号的方式

多巴胺神经元在运动行为中的参与从它们在帕金森氏病中所起作用可以看出。然而，释放多巴胺的神经元携带与奖励有关的信号，而不是与身体运动有关的信号。作为这个谜团的一个答案，最近的理论表明，与奖励有关的多巴胺信号被用来学习运动行为。此前，科学家一直不清楚多巴胺神经元是怎样获得与奖励有关的信号的。现在，在用恒河猴所做的一项让其完成由视觉引导的任务而获得奖励的实验中，Masayuki Matsumoto和Okihide Hikosaka发现，脑部一个被称为“lateral habenula”的小区域通过抑制多巴胺神经元、从而抑制不是很有奖赏的眼睛运动来控制它们。这一发现为关于情绪、动机和运动行为之间的联系新的研究工作提供了新的可能性。

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4个新发现的乳腺癌易感基因

在本期Nature上关于整个基因组范围的关联研究在网上发表之前，已知的易感基因如BRCA1 和BRCA2只能解释乳腺癌家族性风险的不到25%。这项新的研究工作（涉及21,860名患者和22,578名作为对比的正常人）识别出了与乳腺癌基因易感性正相关的4个基因（它们分别是FGFR2、 TNRC9、 MAP3K1和LSP1基因）。以前识别出的大多数乳腺癌易感基因参与DNA修复，但新发现的易感基因似乎与细胞生长的控制或细胞信号作用关系更大。这些基因中只有一个（FGFR2）以前被发现与乳腺癌有明显关系。这些基因的识别为乳腺癌发病原因研究开辟了新途径。它们还可能成为对妇女的患病风险进行分类的一个新策略的构成部分，从而为更好预防这种疾病铺平道路。

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宇宙中碳的去向

有机分子在宇宙中广泛分布，然而由于宇宙中氧比碳含量要大得多，是否大多数碳已经被结合进了一氧化碳中？新一代毫米波射电天文学接收装置正在为我们揭示化学组成上的某些复杂性，这种复杂性确保多数碳被结合进一氧化碳中的情况不会发生。对红色超大恒星VY Canis Majoris所做观测表明，在来自一颗富含氧的恒星的外流物的有限环境中，只有一半的碳被束缚在了一氧化碳中。剩余的一半被束缚在了HCN（一种对有机合成有着根本性意义的分子）以及其他含碳分子中，从而向我们展示了一个活泼的碳化学。

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地球与火星之间铁等同位素的差别

地球和月球上铁同位素要比火星、小行星Vesta和原始陨石上的铁同位素稍“重”一些。这种现象的原因一直不清楚。一种观点是，在“巨大碰撞”（早期地球与一个火星大小的天体之间所发生的碰撞，这次碰撞产生了月球）过程中，曾经发生一次大规模的同位素平衡，但这种情况似乎不大可能，因为其他大多数元素都没有表现出这种效应。现在，对44种陨石和陆地样品所做的一项分析表明，来自地球和月球的玄武岩的硅同位素组成也明显很重。这一发现与同位素平衡模型是一致的，并且表明，在月球形成之前，硅已经作为一种轻元素被分隔进了地核。

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好基因也有不好的一面

对苏格兰西海岸朗姆岛上的红鹿种群所做的一项独特的长期研究显示，在野生的一种长寿命性别二态性物种中，存在性别拮抗的适应性变异。该发现证明了理论上已经预料到的一个结果以及最近用果蝇所做的实验结果：成就一个好雄性的基因未必能够成就一个好雌性，反之亦然。这一效应的结果是，携带使得雌性非常适合的基因的雄性在选择中处于不利地位，这会对自然种群中遗传变异的选择和维持产生深远影响。

Page: 1107

单细胞生物也有微RNA和短干涉RNA

RNA干涉（RNAi）是作为一种重要的调控机制出现的，在这种调控中，非常短的RNA被用来使基因表达沉默。因为小RNA只存在于多细胞生物中，所以有人提出，RNAi演化是由在不同组织中或在不同发育阶段调控基因表达的需要驱动的。但这种观点没有持续多长时间。最近的两篇论文（其中一篇发表在本期Nature上）报告，单细胞藻类（Chlamydomonas）既存在微RNA，又存在短干涉RNA。 这一发现表明，复杂RNA沉默系统在多细胞生物出现之前很久就形成了。

Page: 1126

p53肿瘤抑制网络的一个miRNA成分被识别出来

肿瘤抑制基因p53是人类癌症中最常见的突变基因，很可能几乎所有癌症都在这一通道中某个地方有病灶。p53网络是通过对无数刺激的反应而激发的，以便通过生长抑制或细胞死亡来限制不合适的细胞增殖。微RNA（miRNA）越来越被认为在癌症中扮演重要角色，但对miRNA 的表达是怎样被调控的知之甚少。现在，p53肿瘤抑制网络的一个miRNA成分已经被识别出来：p53直接激发miR-34家族的miRNA的转录，后者本身抑制细胞增殖。虽然研究人员在哺乳动物身上已经发现了十几个p53目标，但miR-34是不同寻常的，即它也存在于果蝇和线虫（C. elegans）身上。这表明，p53与miR-34之间的联系在p53网络演化早期就出现了。

Page: 1130

chemytwei

July 05, 2007
封面故事：“多世界”理论的现代追随者

本期Nature封面图片由David Parkins为纪念量子物理学上重要的一个年份而创作：50年前，Hugh Everett III首次提出了后来被称为“多世界”（many worlds）的假设。Everett认为量子物理理论从表面上看是正确的，因为它能满足很多相关的方程式。于是，他开始探究真实情况到底是什么。他试图通过让每个事件的每个可能的结果都在其自己的世界中来定义或存在的办法来解决量子理论所存在的矛盾。在一篇News Feature文章中，Mark Buchanan报告了现代人们对“多世界”观点的反应[page 16; www.nature.com/podcast]。虽然对于上个世纪50年代的大多数物理学家来说太荒诞，但“多世界”理论现在却赢得了很多追随者，尽管正如Max Tegmark在一篇Commentary文章（page 23）中慨叹的那样，他们当中很多人并没有读过原始论文。作为Everett方法的一个铁杆追随者，Tegmark对他自己为什么相信并行宇宙做了解释。Gary Wolfe在Books & Arts栏目（page 25）中解释说，所有这些对科幻作家来说都是好素材。

siRNA治疗脑炎的动物试验

自从基因沉默通过自然出现的小RNA分子被发现以来，认为小干涉RNA（siRNA）也许可用于治疗的观点就一直在流传。近年来，科学家已经发表了几篇关于系统性注射siRNA的研究报告，但大脑仍然不在注射的目标中，原因仍然是那个老问题，即血液和大脑之间所存在的障碍。现在，在美国和韩国实验室之间的一个合作项目中，研究人员找到了跨越这个障碍来输送siRNA的一种方法。这种方法除了适用于siRNA外，还可能适用于其他类型的药物，它利用从狂犬病病毒中提取的一个短肽作为RNA的输送工具。除了将RNA输送进细胞培养中的神经细胞中外，一种抗病毒的siRNA也被特定地输送进感染了脑炎的小鼠脑中：正常情况这种感染是致命的，但注射siRNA后大约80%的小鼠存活了下来。如果将这种方法用在人身上，那么就有可能找到一种治疗神经疾病的非入侵性静脉治疗方法。

Page: 39

卡西尼”飞船对土星卫星Hyperion的最新观测结果

土星的卫星Hyperion是在一个翻腾的轨道中运行的一个形状不规则的天体，看起来有点奇怪：当“卡西尼”飞船于2005年9月掠过该天体时，发现它有一个独特的海绵质表面。本期Nature上两篇论文介绍了“卡西尼”飞船所获得的初步结果。首先，成像和了射电数据表明，海绵外表是由一个多孔天体被碰撞造成的。因此，以前声称海绵质表面是由与冰川上所发生的因来自阳光的热量积聚而使冰川表面凹陷加深的类似过程造成的观点就站不住脚了。第二，近红外和紫外线光谱显示了覆盖该天体大部分表面的高反照区域的表面组成的细节，也显示了低反照区域（大部分在碰撞坑的底部）的表面组成的细节。所获光谱与存在被一种有机固体物质污染的水冰的猜测是一致的。低反照材料在光谱属性上与在土星的另外两个卫星（Iapetus 和 Phoebe）上所发现的物质类似，含有水冰、复合有机物、二氧化碳和腈的混合物。这种混合物与彗星中的物质、很可能也与柯伊伯带天体中的物质相似。

Page: 50

一种新型等离子被发现

在一种金属的表面上，电子的集体激发如表面等离子（surface plasmon）是有可能发生的，在显微镜和光子学的一系列应用中都可以利用它们。现在，研究人员观测到一种新型的等离子，它以前被认为在一种金属表面上是不可能出现的。它的能量要比传统类型的等离子低得多，过去科学家认为，它将被金属中大量的下层电子破坏。但这种新的等离子（有声学色散或线形色散现象）具有一个能与大量电子的连续体共存的电子结构。这种声学等离子（acoustic plasmon）很可能存在于很多金属表面上，它对于纳米光学和光子学应用将具有特别的意义。

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火星原始大气层的组成

有大量证据证明，火星表面上曾经有液态水。今天的火星大气层太薄，不能维持有可能产生温暖到足以支持液态水的气候的那种温室效应，但一种理论认为，火星过去可能有一个富含二氧化碳的大气层。然而，火星上明显缺少碳酸盐，而且二氧化碳逃逸率又很低，这些事实都是与该解释相悖的。现在，对由搭载在“火星特快”飞船上的OMEGA光谱成像仪器最近所发现的粘土材料所做的一项热力学研究，为火星上原始的地化条件提供了一幅更清晰的画面。从这项研究可以看到，火星大气层二氧化碳含量本来非常低，因此其他温室气体（最有可能是甲烷）可能参与了在火星上维持一个温暖而湿润的气候。

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拟态理论的实验验证

防卫性拟态（物种在演化中所形成的为躲避捕食者而模仿其他物种的行为）在动物界非常普遍。在拟态行为中有两个极端的例子，分别是贝氏拟态（Batesian mimicry）和缪氏拟态（Müllerian mimicry）。贝氏拟态会产生与被模仿的物种类似的信号（比如说视觉提示），但却没有采用使其成为捕食者无利可图猎物的属性；缪氏拟态既在外形上与要模仿的物种相似，又分享其防捕食属性——即让自己看起来对捕食者具有危险性或味道不是很好。这些不同类型的拟态是一个世纪以前发现的，但关于在防卫程度不同的猎物之间所发生的拟态现象是怎样进行的问题却仍然没有解决。在一项设计用来对各种不同的、相互竞争的理论进行直接验证的实验中，Rowland等人发现，两种类型的拟态对双方都是有利的。在基于实验室的“新世界”实验中，研究人员所采用的是人造猎物（用纸包裹的几粒杏仁）和真正的捕食者（大山雀）。防卫程度不同的猎物之间的模仿（包括那些可食的猎物）因其与另一种猎物之间的联系而获得了生存好处。这个结果与人们普遍接受的观点是相悖的，后者认为，一种适度防卫的物种也许会淡化对另一种防卫更好的物种的保护，所以相关的教科书以及“维基百科”中的几个条目可能需要进行修改。

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研究人员发现“腓骨肌萎缩症”基因

在美国密执安大学一个研究实验室中，小鼠的一种自发突变的出现，使研究人员发现了造成一种形式的被称为“腓骨肌萎缩症”（Charcot–Marie–Tooth）的遗传性神经退化疾病的基因。这种被称为“pale tremor”的小鼠（发生了一种多器官神经退化）在酵母基因Fig4的一个等位基因上发生突变，该基因是维持正常水平的信号作用类脂PI(3,5)P2所必需的。在这项工作之前，一直没有证据表明含量较低的信号作用化合物PI(3,5)P2在神经维护中有某种具体的作用。

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一种新的神经营养因子——CDNF

目前用于治疗帕金森氏症的药物只治疗症状，而不能阻止脑中多巴胺神经元的退化和死亡，从而引起与这种疾病有关的运动缺陷。用“胶质细胞源性神经营养因子”（GDNF）治疗能获得有限的成功，但却有安全方面的问题。Lindholm等人报告，他们发现并纯化了一种新的神经营养因子，被称为“保留型多巴胺神经营养因子”（CDNF），它在帕金森氏症的一个大鼠模型中也能阻止多巴胺神经元的退化。在患有帕金森氏症的大鼠身上，CDNF甚至还能诱导多巴胺功能在一定程度上得到恢复。上周Nature杂志上的一篇论文识别出钙拮抗剂是恢复多巴胺神经元功能的一种可能途径，所以似乎最终有几个方面的研究工作都有可能导致真正有效的抗帕金森氏症药物的问世。

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