9月27日《自然》杂志精选

abatsans

封面故事：

超导量子位之间的信息传输与交换



用微制造方法制造的超导电路元件，能够利用量子行为进行信息处理。与经典信息位不同的是，量子信息位（qubits）能形成所谓的\"超级位置\"，即由ON和OFF组成的混合状态，从而能提供更快的、自然形式的并行处理。以前，研究人员已经实现了多达4个量子位的直接量子位—量子位耦合，但现在，两个独立小组演示了下一个关键步骤：两个超导量子位置之间通过一个量子母线进行量子信息通信和交换，而这个量子母线是以由一根几毫米长的超导传输线形成的一个共振腔的形式存在的。利用这一微波腔，就有可能在两个量子位之间存储、传输和交换量子信息。它还能进行多路复用量子位读出。这种基础架构本身可以扩展，从而为大量超导量子位之间的相干互动提供了可能性。本期封面所示为一个长的\"之\"字形共振腔或量子母线，它连接着两个小的超导相量子位。

  从臼齿排列看发育与演化之间的关系

  现在已经清楚的一个事实是，生态是决定生命多样性中的一个主要因素。但发育中是否还有引导演化的因素？\"演化—发育\"（Evo-devo）研究的目标是，通过考察不同动物和植物相对于我们所了解的它们的祖先关系的发育过程来回答这个问题。小鼠臼齿的排列是对发育与演化之间联系的一个有效检验。第一颗臼齿大于它后面的一颗，而后面这颗又大于第三颗，即最靠后的一颗。Kavanagh等人通过实验对此进行了研究，发现臼齿发育遵守一种抑制性级联模式。结果表明，虽然饮食一直是牙齿演化中的驱动因素，但发育能够产生可供自然选择过程利用的选择项目。对于常给我们带来麻烦的智齿而言，其之所以有麻烦，原因可能是我们的抑制性级联比较弱。

  一种能将尿嘧啶从DNA中除去的酶\"警察\"

  尿嘧啶属于RNA，它在其中的位置跟胸腺嘧啶在DNA中的位置是一样的。但如果尿嘧啶错误地出现在DNA中，就会导致潜在有生命危险的突变。这种情况一般会因胞嘧啶的化学改变而出现。为了防止这种威胁，细胞会利用一种酶（被称为\"尿嘧啶DNA糖基酶\"，简称UNG）将尿嘧啶从DNA中除去。这种酶保护DNA不受\"误入歧途\"的尿嘧啶威胁的详细机制现在已经被揭示出来。DNA螺旋不是静止的，而是处在一种非常像分子\"呼吸\"的过程中，碱基对短暂分开和重新形成。当一个尿嘧啶碱基出现时，它会被尿嘧啶DNA糖基酶从螺旋中\"抓\"出来，并除掉。与尿嘧啶只有一个甲基差别的胸腺嘧啶同样也会被\"抓住\"，但由于它并不是非常适合这种充当\"警察\"的酶的活性点，所以它会被释放，去做其在DNA分子中应做的事情。

  关于\"西太平洋暖池\"上大气对流所起作用的证据

  \"西太平洋暖池\"（赤道太平洋西部一个温暖水域）上的大气对流是热带以外地区热量和水蒸气的一个主要来源，所以这一过程在过去的全球气候变化中可能扮演一个重要角色。这个角色此前一直不能确定，因为缺少来自这一地区的年代明确的高分辨率气候记录。现在，我们已经有了这一缺失的数据，即来自北婆罗洲3个洞穴石笋的一个氧同位素记录，它反映了过去2.7万年千年时间尺度上的热带太平洋水文变化。该记录表明，热带太平洋水文周期对于北半球和南半球的高纬度气候过程以及外部辐射力都是敏感的，而且它可能在突发气候变化事件中曾经扮演一个重要角色。

  中国华东地区最早的农田水利设施

  华东是早期的一个水稻栽培中心，但人们对该地区最早的农业系统却知之甚少。来自华东已知最早新石器时代遗址（距今大约7700年前）的新的生态证据表明，新石器时代群落选择低地沼泽来栽培水稻。为了防止稍咸的水定期淹没稻田，人们采用的办法可能是修建堤坝，这种堤坝既能防止发生大洪水将稻田淹没，又能保留一些含有丰富养分的季节性洪水。这样就可以保证水稻高产所需的稳定供水。这个地点的开发利用在距今大约7550年前被海水淹没后就停止了。这意味着水稻耕作要比以前所证明的古老得多，在从中石器时代的狩猎生活向新石器时代定居农业经济转变（人类文化史上的一个关键性转变）开始就存在了。

  OR7D4受体基因变异对气味感觉的影响

  不同人对特定气味的敏感性及他们对这些气味的主观体验都有很大差异。一项新的研究首次表明，人体一个单一气味受体中所发生的遗传变异与人的感觉差异相关。OR7D4是一种气味受体，在体外可被Androstenone选择性激发，后者是一种睾丸酮代谢物，被一些人认为是一种催情药，称作\"佛洛蒙\"。编码OR7D4的基因发生的变异会影响有这种变异的人是怎样想Androstenone的气味的——有些人认为它很好闻，另一些人则认为它很讨厌，还有一些人会发现它没有气味，同时也会影响人对这种气味的感觉。

  细胞的\"转分化\"和\"脱分化\"

  成熟分化的细胞类型是怎样被控制的、通过充分分化的细胞类型能够实现什么程度的发育弹性？这是发育生物学和干细胞研究中一个重要的、基础性的问题。这个领域的一个中心问题，即细胞是通过直接\"转分化\"（transdifferentiation）被直接重新编程为一种不同细胞类型的，还是在沿被称为\"脱分化\"（dedifferentiation）的另一条路径前进之前采取了一个向后的步骤而进入一种更不成熟的状态，由本期Nature上发表的一篇研究报告进行了解答。Cobaleda等人演示了在成熟B-淋巴瘤细胞转化成功能性T-细胞过程中的脱分化。Pax5（一个对于B-细胞分化和功能很重要的转录因子）的删除引起成熟B-细胞脱分化成能够产生T-细胞的先祖细胞。Pax5已知在癌症中也扮演一个角色，它的缺失能诱发由先祖细胞形成的淋巴瘤。