对神经细胞进行染色的新方法



一个多世纪以前，Ramón Y Cajal利用高尔基神经细胞染色打开了现代神经生物学的大门：通过对少量神经细胞进行染色，以前看不见的轴突和树突在其通过周围组织时就可以被看到。但高尔基染色只能以一种颜色标记少量细胞。现在，来自哈佛大学的一个小组开发出一种方法，该方法能够使一个脑回中的很多不同细胞同时被看到。这种被称为“Brainbow”的方法可用不同颜色对数百个神经细胞各自染色，从而生成一个详细的神经回路图。该技术不仅能推动在正常或病态脑中的测绘工作，而且还有可能应用到其他复杂细胞群中，如免疫系统中。本期封面所示为用“Brainbow”方法染色的小鼠海马体的一部分。齿状回（下部）的多颜色神经细胞在拱形的CA1区域的细胞下面，而大脑皮质的神经细胞可以看到在上面闪动。

乐观倾向的神经基础

抑郁（经常以悲观倾向为特征）的神经基础已经受到了广泛研究。然而，关于乐观的神经科学研究却是新事物。人类是非常乐观的物种，即使在没有根据的情况下也总是期待会产生积极的结果。例如，我们期待自己比一般人寿命更长、更健康，我们会低估自己遭遇车祸和离婚的可能性。一项将对健康的志愿者进行的脑成像研究和行为研究结合起来的工作，为这一现象的神经机制提供了证据。有趣的是，我们知道在抑郁症患者身上功能异常的大脑区域的活动也能预测乐观倾向。

对蛔虫神经回路的研究

蛔虫的神经系统只有302个具有已知突触连接的神经细胞，然而它却执行很多与更复杂的生物相似的功能。这使得它非常适合让神经科学家来研究神经回路是怎样组织的。Chalasani等人对一种决定蛔虫觅食行为的神经回路进行了解剖研究。该回路允许探测气味的神经元激发或抑制下游的中间神经元，它们控制一致的爬行和转身行为。将遗传学和钙成像技术结合起来，可以对信息从环境中通过传感神经元向控制趋化性和觅食的中间神经元的流动进行跟踪。这一神经回路与哺乳动物视网膜中用来探测光的神经回路具有非常惊人的同源性，这是关于信息处理的保留策略或融合策略的一个明显例子。

支持关于吸积盘的两个理论的观测证据

两个小组在本期Nature上发表了观测证据，他们支持关于相似天体物理问题的相关理论，这些理论人们长期以来都认为是正确的，但却没有得到确认。这些理论所涉及的问题是：来自吸积盘的角动量的消耗。当星际气体云在引力影响下坍缩时恒星就会形成。当这些云开始坍缩时，由于角动量的守恒，任何转动都将被放大，就像一个滑冰者旋转一样。如果不阻止，这种转动的速度将会太快，使得恒星形成无法发生。理论工作者提出，年轻恒星会通过由磁场诱导的物质外流而损失转动能量。现在有了观测结果来支持这一理论：Chrysostomou等人利用圆形偏振测量法发现，在年轻恒星HH135-136的外流物中存在螺旋形磁场。认为活动星系核外流源于一个超大黑洞周围转动的吸积盘的盘风的观点是有理论依据的。实践证明，这一观点的确认比较困难。现在，Young等人利用光谱偏振测量断层扫描方法确定，类星体风事实上是在转动的。类星体PG 1700+158产生的风以大约每秒4000公里的速度在旋转，几乎是从吸积盘上垂直升起的。

确定FPT性质的新方法

一个随机的步行者多长时间能到达一个给定的目标点？这个数量（被称为“首次穿越时间”，英文简称为FPT）因其在真实情形——如紊乱媒介中的运输、神经激发、疾病传播以及目标搜索等过程——中所起的作用而显得很重要。以前确定FPT性质的方法仅限于一维几何或均匀媒介。Condamin等人建立了一种普适理论，它允许对复杂媒介中的平均FPT进行准确评估。该理论的预测结果被关于紊乱媒介、碎形、异常扩散和无尺度网络（包括一个酵母蛋白互动网络）的几个模型的数值模拟结果所证实。

火灾发生情况对森林地区碳平衡的影响

气候、大气二氧化碳浓度和火灾频率的变化几十年来在高纬度（北半球北部）森林中一直在发生。以前的研究工作没有将这些变化与植被竞争在大尺度上联系起来，但一项新的研究工作正在利用计算机模型来模拟100万平方公里的加拿大森林中树木与苔藓之间的竞争。结果表明，在1948年和2005年之间，这一地区的碳平衡（土壤和植被获得或损失的碳的数量）在很大程度上是由火灾驱动的，而不是由气候或二氧化碳浓度增加驱动的。20世纪末更频繁和更大的火灾以针叶树木为代价，促进了落叶树木和苔藓的生长。较差的土壤排水条件抑制了景观碳平衡的变化，说明气候和水文变化的增加会不成比例地影响这些地区的碳动态。

(田天/编译，更多信息请访问www.naturechina.com/st)

作者：田天 来源：科学时报字


封面故事：

一组关于果蝇研究的重要文章



本期Nature发表了一组关于遗传实验室中常用动物果蝇的重要论文。

中心的一篇是由“果蝇12基因组联合体”发表的关于10种果蝇基因组序列的论文。该文将10种新测序的基因组与2个以前已知的序列（分别对应D.melanogaster和D.pseudoobscura）进行了对比。由此获得的遗传变异数据库对关于推动物种形成的演化力的研究非常有价值。

第二篇重要的合作论文对这12个果蝇基因组序列进行了分析，以寻找在演化过程中保留下来的元素，并且报告了很多特定序列主题在保留与功能之间的关系。研究人员发现了一个细致的监管网络，其作用是识别对蛋白进行编码的基因和外显子、RNA基因、微RNA和它们的作用目标。一篇“News and Views”文章对这些基因组论文作了讨论。

另外两篇研究论文利用新的基因组数据来研究基因表达：第一篇研究的是表达偏向于雄性的基因和对每个种来说独特的基因；第二篇对果蝇性染色体上的基因剂量补偿的演化进行了跟踪。4篇新的评论文章分析了关于果蝇的最新研究工作是怎样将这种在遗传上适应性很强的实验室模型动物带入激动人心的新领域的。Pierre Leopold和Norbert Perrimon对内分泌和体内平衡方面的研究进展进行了评论，这些进展奠定了果蝇作为哺乳动物生理学甚至人类疾病研究模型的地位。根据Thomas Lecuit和Loc Le Goff的报告，果蝇已经被证明是研究控制生长中的组织中细胞形状的通道的一个强大体系。Leslie Vosshall对将果蝇的神经回路和行为联系起来的重要研究工作进行了评论；John Lis对重写了教科书上关于转录和基因表达的观点的果蝇研究工作进行了评论。Claude Desplan对过去30年间果蝇研究工作的变迁进行了综述。

海浪发电的前景

很多工程师和科学家都认为，对于从自然环境中提取能量来说，海浪发电终有一天将与风力发电、太阳能发电和水力发电等其他方法竞争。海浪能量的利用只在世界上有限的地方才能应用，并且所用的技术基本上仍然是不成熟的，不过它依旧能够提供比较稳定的能源供应。但是，鉴于能源挑战的规模之大，支持者认为，海浪能在绿色能源结构中有可能占相当大一部分。海浪能在经济上是否具有可行性，将在很大程度上取决于新一轮的开放海洋试验工作，这项工作目前正在全世界进行。

金属有机化学

催化性烯烃置换是一个功能强大的化学转化过程，可被用来将相对简单的含双键的化合物转化成更复杂的化学结构。为此，它引人注目地丰富了化学合成领域的内容，因为它可被用来制备天然产物、药类化合物和聚合物。在这篇评论文章中，Amir Hoveyda 和Adil Zhugralin对使这一获诺贝尔奖的反应得以进行的催化剂进行了讨论，介绍了置换过程何以可被用来合成复杂的天然产物，指出了仍然需要化学界去研究，以充分实现这一催化过程潜力的几个关键问题。

一个新概念的cQED体系

物理学的一个中心目标是了解物质与光之间的相互作用。在腔量子电动力学（cQED）中，一个光学谐振器可被用来增强原子的这种相互作用。以前的研究工作已经演示了所谓的“强耦合”，在这个体系中，各个原子的辐射特性与光场的状态密切相关。Brennecke等人和Colombe等人现在演示了一个新概念的cQED体系。在这个体系中，原子被冷却，直到它们形成一种玻色—爱因斯坦凝聚态（占据物质—波场的一个模式），并与光场进行相同的、强力的耦合，共享一个激发。这个结果也许能为在量子通信和信息处理方面的应用打开大门。

土壤中的新鲜碳和古老碳

世界上的土壤储存的碳多于生物质和大气中存在的碳。现在，实验证据表明，将来自新鲜植物的碳向下层土壤输送可刺激微生物活动，导致有千年时间的碳的矿化。这个结果支持最近提出的一个观点，即深层有机碳的保持是由于分解者缺少能量，而新鲜碳的供应量在深层一般都较低。这所反映的问题是，这种大量的深层碳将不会对温度的未来变化作出反应，因为分解受到新鲜碳供应的限制，从而限制了人们预测存在的在全球变暖与土壤有机碳分解之间的正反馈。这些结果可能意味着，任何会增加沿土壤剖面的新鲜碳分布的管理实践（如耕地作业以及具有广泛根系的抗旱作物的使用等）都将刺激这种古老的、被埋藏在地下的碳的损失。

果蝇探测环境湿度的分子机制

自上世纪初以来，科学家就已经知道很多生物具有探测环境湿度的能力。实际上，对很多生物来说，这种能力是生存的关键。昆虫身体很小，这使得它们对于湿度的变化尤其敏感，因此昆虫一直是研究这种感觉能力的最好模型。然而，尽管科学家作了很多努力，但这种感觉的细胞和分子机制仍然是一个谜。现在，Liu等人提供了关于这一复杂感觉体系中所涉及的分子机制的一些线索。他们发现，果蝇的3个TRP通道参与湿度的探测：water witch (ww)是探测潮湿空气所需要的，而nanchung (nan)和inactive (iav)是探测干燥空气所需要的。他们还发现，表达这些通道的神经元能够刺激果蝇触角上不同的传感性茸毛。机械传感模块可能是决定果蝇探测其所碰到的环境提示能力的生理基础，而这些环境提示也许又能使环境中水分含量的微小变化能被探测到。

关于对流层和平流层臭氧的研究工作

臭氧是地球对流层化学和热平衡的关键，控制大气的这一层通过形成羟基自由基来氧化和清除其他污染物的能力。对流层臭氧还是一种重要温室气体。虽然低层对流层中的光化学是对流层臭氧的主要来源，但臭氧的平流层—对流层输送对对流层臭氧的总体气候影响、预算和长期趋势来说也很重要。这里，Hocking等人介绍了利用现代化windprofiler雷达，并将它们与频繁的臭氧探空仪发射和计算机模拟结合起来分析平流层臭氧对对流层臭氧可能产生的影响的研究工作。

封面故事：

气候问题成为美澳大选中的重要问题



本期Nature杂志刊登了一组关于气候变化在澳大利亚和美国的政治影响的News Features文章。在澳大利亚，全球变暖正在成为11月24日大选中的一个重要竞选问题。拒绝签署关于气候变化的《京都议定书》的现任总理霍华德在民意测验中落后于竞选对手、劳动党的Kevin Rudd，后者已经表示，如果他当选，他将批准《京都议定书》。观察家把气候问题作为二者之间的一个决定性问题。澳大利亚目前正在发生的旱灾也许会继续促使选民比过去更多地去思考气候问题。在美国，总统竞选正在大张旗鼓地进行，虽然大选还有整整一年时间。领先的总统候选人都已发表了关于支持气候变化行动的不同程度的声明。但新总统在2009年1月就职后有什么样的权力来实现真正的变化呢？Nature杂志对美国总统所扮演的角色及在权力过渡之后预计会发生什么进行了分析。本期Nature还发表了工业界人士、立法专家和政策专家对当前正在美国国会进行的气候立法工作的看法，以及专栏作者、政策专家David Goldston对最终可能形成的法律所作的预测。

离子通道在膜电压作用下被打开的分子机制

依赖于电压的离子通道响应于膜电压的变化而打开，但发生这一过程的分子机制却不清楚。由MacKinnon及其同事在2003年所做的先驱性工作表明，该过程涉及一种类脂暴露的“桨”状结构的运动，但这种运动的性质仍然存在争议。在两篇互补性文章的第一篇中，Alabi等人通过证明这种“桨”状结构的功能在移植进关系较远的通道中时被忠实保留下来的事实，说明了这种结构特征的重要性。这项工作还强调了膜内这一结构的移动性。Long等人描述了被由类脂排列成的一个类似于双层的体系所包围的一个被改变了的Kv1.2钾通道的高分辨率结构。“桨”状结构中的临界正电荷被类脂和蛋白相互作用所稳定，这说明了该“桨”状结构可能会以某种方式响应于电压的变化而运动，将该通道孔打开。

最亮超新星诞生于恒星碰撞

SN 2006gy是一次极为明亮的超新星爆炸，也许比从一个巨型恒星核心坍缩所形成的一颗典型的超新星能量高100倍。目前的理论认为，它的前身是一颗质量是太阳100倍的恒星。这种结论与该超新星的光谱是相矛盾的，其光谱表明存在一个氢包裹层，这种包裹层对一颗巨型恒星来说早在爆炸之前就失去了。现在，两个研究小组提出了支持对该超新星作出其他解释的证据，它们都涉及到碰撞。Simon Portegies Zwart和Edward van den Heuvel发现，在一个致密的年轻星团中巨型恒星的碰撞频率足以说明SN 2006gy是有可能从这种大碰撞中形成的。Woosley等人提出了一个模型，该模型将这一最亮的超新星解释为由巨型恒星喷射出的物质壳之间所发生的碰撞的产物，这些巨型恒星因为电子—正电子对的产生而变得不稳定。

受海森堡测不准原理限制的极限测量精度已达到

在基础层面上，测量精度受限于所涉及的量子资源（如光子）的数量，而标准相测量方案导致一种不确定性（标准量子极限），该不确定性与这一数量成比例关系。理论上，应当有可能达到仅仅受限于海森堡测不准原理的一个精度。有少量实验已经打破了标准量子极限，但此前没有一个达到海森堡极限，主要是由于需要难以生成的奇异的量子纠缠状态。Higgins等人采用了另一种方法，该方法利用了没有纠缠的光子状态，允许它们实现受海森堡测不准原理限制的相。这标志着为实现量子增强的测量精度而进行的工作的复杂性有了极大降低。

一种关于超材料的理论架构

被称为超材料的含有具各种不同形状和排列的金属包容物的透明材料，能使光以不寻常的方式传播。Tsakmakidis等人介绍了一种关于超材料的理论架构，该架构能使光完全静止。与以前对光进行减速和储存的方法相比，这一新方法能够实现高耦合效率，同时允许宽带室温操作。在达到一个临界点时，光线就无法进一步传播；由于光波的每个频率成分（或颜色）是在稍微不同的地方被阻止的，所以这将导致一个“被束缚的彩虹”的形成。这项工作在两个重要的现代科学领域——超材料和慢光——之间架起了桥梁，并且还有可能导致在光数据处理和存储方面或在量子光学记忆装置的实现方面的应用。

细菌之间的信号欺骗

细菌之间通过小型可扩散分子的释放和感应（或群体感应）来进行的通信，被认为是在种群层面上协调合作行为的一种方式。演化理论预测，彼此进行沟通和合作的个体还能被“骗子”所利用，后者要么不发出信号，要么不对信号作出反应。现在，对病原体绿脓杆菌（它们在细胞之间通过信号进行联系来调控毒性因子表达）的种群所做的实验证实，信号和信号受体突变体（或称“欺骗信号”）的确都有一个适应优势。但对欺骗问题的解决办法的确以亲缘选择的形式而存在——近亲之间倾向于进行“诚实的”沟通。这些发现为在人体细菌感染中所观测到的欺骗信号的传播提供了一个解释。

封面故事：

体细胞核转移方法成功用于灵长类动物



对成年细胞重新进行编码的方法是人们苦苦追寻的，因为通过这种方式可以生成与患者的细胞在遗传上能够匹配的细胞。这样的胚胎干细胞也许可用于治疗，而不会产生免疫排斥。重新编码的一种方法是体细胞核转移，即把一个成年细胞核插进一个卵母细胞中，而这个卵母细胞已将自己的核去掉。这样可诱导形成一个早期阶段的胚胎（胚泡），从它上面又可提取并培养出胚胎干细胞。以前，只有对小鼠才有可能做到这一点。现在，Byrne等人已经成功将这种方法用于灵长类动物。他们以灵长类成年成纤维细胞为起点，从来自14只猕猴的304个卵母细胞中培育出了2个胚胎干细胞系。这一成功说明，该方法也许适合生成来自患者的胚胎干细胞。Nature杂志网站上还发表了与该论文及News&Views文章相伴的一篇确证论文。

婴儿也能辨别是非

成功社会互动的关键是具有准确评估对方（不管是朋友还是敌人）意图的能力。对人类来说，这种能力在生命的非常早的时期就存在了。对6个月和10个月大的婴儿所做的一项新的研究表明，人类开始进行社会评估的时间甚至比我们所认为的还要早，即在他们学会使用语言之前就开始了。参加该研究的婴儿能够根据行为者的社会行为来对他们进行评估——他们会被一个帮助某一不相关的第三方去实现其目标的人所吸引，而会避开一个妨碍某一第三方实现目标的人。这些发现支持这样一个观点：成年人的社会评估行为的某些前身特征甚至在婴儿身上也是存在的。

抗抑郁剂米安色林能延长寿命

对线虫Caenorhabditis elegans体内能够延长寿命的化学成分所进行的一项大规模筛选，得出一个让人吃惊的结果：米安色林—— 一种用作人类抗抑郁症药物的化合物——能够将线虫3个星期的寿命延长近1/3。在人体中，这种药物通过神经传递物质5-羟色胺阻断神经信号作用；而其能够延长线虫寿命的效应似乎也涉及5-羟色胺和章鱼胺受体的阻断。其他相关的抗抑郁剂也有一个类似的效应，用不同突变体所做的试验表明，该药物延长寿命的效应所涉及的机制与通过节制饮食来延长寿命的机制相似。一种可能性是，米安色林诱发了一种感觉到的而非真正的饥饿状态。有趣的是，刺激胃口是米安色林在人体中的一个副作用。

不知道害怕的小鼠

有一种小鼠不知道害怕。更准确地说，它对于讨厌的气味不能产生先天性的行为反应，而这种反应正常情况下可以保护小鼠不去吃腐烂的食物或避开某种捕食者的气味。在这种小鼠中，其嗅觉上皮的一个区域（鼻腔内一个对气味敏感的上皮组织）中的嗅觉神经元，已经被白喉毒素基因的定向表达除掉了。虽然没有先天的厌恶行为，但该小鼠却能探测和辨别讨厌的气味，并且可以条件性地作出厌恶反应。这些结果表明，同免疫系统一样，小鼠的嗅觉系统也具有“硬件连接的”、通过遗传程序编码的神经回路，它们与后天获得的、与先天系统联系在一起的适应性回路是并行的。

一种高温铜氧化物超导体的表面结构

最近的一篇论文详细阐述了一种由空穴掺杂的高温铜氧化物超导体在其正常金属状态下的电子结构。在未充分掺杂的材料（由小袋组成）中观测到的费米表面，被发现与在过度掺杂的材料中观测到的费米表面，形成鲜明对比，并且与传统金属的费米表面也很不一样。现在，David LeBoeuf等人通过对“Hall效应”进行测量发现，费米表面中的这些结构是“电子小袋”，而不像最初所怀疑的是“空穴小袋”。这种“小袋”的形成有可能是由一种神秘的、能够打破对称的相所产生的一个结果，与在一些由电子掺杂的氧化铜中所看到的相似。

海洋浮游植物对二氧化碳的吸收

工业化以来，由化石燃料所产生的二氧化碳有近一半已被海洋吸收，造成可以测量得出的酸化和碳酸盐饱和。最近一系列研究报告提出，如果由人类活动造成的二氧化碳生产不加限制地继续下去，那么未来将会发生严重的海水酸化。以前的研究工作主要针对酸化对各海洋物种的影响。现在，在挪威的Raune Fjord所进行的一项实验研究中，研究人员利用环境尺度的中型受控生态系统，对二氧化碳吸收在一个自然群落生态系统中的效应进行了估计。结果表明，海洋浮游植物的二氧化碳消耗因该气体浓度增加所产生的空间压力而明显增加，但营养摄取却没有变化。

封面故事：

核孔复合物的结构


核孔复合物在细胞中起关键作用，它是细胞质与细胞核内物质输送活动的看护者。它是一种大型超级分子复合物，由多个版本的大约30种不同蛋白组成——总共至少有450个蛋白分子。细胞生物学家非常想知道这些分子中的每一个是怎样放置到各自的位置而构成核孔的，但迄今为止，传统的结构研究却未能弄清这一点。不过现在，一种复杂的、基于蛋白组学的新方法为酵母核孔复合物的结构提供了一个详细的视图。该复合物的一半是由一个核心脚手架组成的，它形成一个覆盖在核包裹膜表面上的网络，该复合物就潜入在这层膜之内。这一具有选择性的输送障碍机构由大量贴在该脚手架内面的蛋白组成。尽管这种复合物很大，但其中却只有少数几个结构模块。这种结构上的简单性为了解其演化起源提供了可能的线索：它可能起源于一种“原始的”核孔复合物。

中孔材料中分子扩散运动的观测

具有中等孔（即直径在几百纳米的孔）的材料有很多潜在应用，包括存储、分离和催化转换等，其中大多数应用都依赖于外来分子通过这些孔所进行的扩散。然而，尚没有方法将外来分子的运动与材料的结构关联起来。随着一种将电子显微镜与光学单分子跟踪结合起来在一种中孔材料中对分子扩散进行观测的方法的开发成功，这种情况将会改变。研究人员首次能够“看到”外来分子（在本研究中进行了染色）响应于主体的结构特征而在纳米尺度上改变运动速度或方向。这一结果为更深地了解中孔固体的性质创造了条件。

细菌毒素进入细胞内过程的成像研究

对细菌毒素吸收进细胞中的一个早期阶段（膜内折的形成）所进行的一项成像研究，显示了一个由货物诱导的机制，该机制也许还适用于其他病原体，如病毒等，并且更普遍地适用于其他细胞内吞事件。研究人员观测到，志贺氏毒素（由疾志贺氏菌产生）的B-亚单元通过狭窄的管状膜内折进入细胞。该毒素在管状内折形成之前诱导膜重组。在细胞上，内折独立于被认为与膜变形能力有关的蛋白复合物（如clathrin和caveolin）而形成，并且还是在细胞能量耗尽时形成的。所以，膜内折依赖于物理原理，能够自然地出现，而不需要复杂的细胞机器，但随后的分离需要细胞因素的参与。

用STEM/EELS方法对原子进行二维观测

微结构定性对于复合物材料的研究很重要。例如，半导体装置由纳米尺度的部件组成，它们的性能表现取决于原子尺度的微结构。虽然电子显微镜能够分辨单个原子，但它不能区分它们的化学类型。将扫描透射电子显微镜（STEM）与电子能量损失光谱（EELS）结合起来，应能分析各列原子的化学组成，但实际存在的困难意味着完全的二维分析一直不可能进行。现在，这些问题中的其中一些已经被克服，STEM/EELS成像已被用来对层状水锰矿中的镧、锰和氧以二维图像方式进行观测。

地核—地幔之间物质混合的机制

曾经有人提出，地球的地核外层材料在地核形成之后回到地幔中去的过程，可能要对上层地幔岩石中所观测到的元素比例负责，但这种情况发生的可能机制仍不清楚。Leslie Hayden和Bruce Watson报告了对喜铁元素通过多晶MgO在颗粒边界层的扩散所进行的一项研究工作的实验结果。喜铁元素在地核中极为丰富，因而是地核对地幔中这些元素所作贡献的很好的指示器。他们发现，这些元素的扩散率非常高，按照地球的年龄来说，在具有地质意义的距离之上（如几十公里），这种扩散率高到足以说明颗粒边界层扩散是喜铁元素沿地核—地幔边界输送中的一个潜在的重要机制。

p53的正常功能

转录因子p53作为一种肿瘤抑制因子已经受到广泛研究，但人们对其正常生理作用却知之甚少。现在，用小鼠所作的一项研究将p53的正常功能与繁殖和生育联系了起来。p53缺乏导致雌性小鼠胚胎着床较差、受孕率较低和后代身材较小。p53是通过调控LIF来发挥这一功能的。LIF是一种细胞因子，参与囊胚的着床。这项工作让我们看到这样一个可能性：p53的正常功能对于着床的成功很重要，尤其是对经历体外授精或胚胎转移的妇女来说；同时这一结果也让我们看到了提高习惯性着床失败妇女的着床效率的一个潜在策略。

运动蛋白kinesin与微管的结合状态

研究人员对普遍存在的运动蛋白kinesin已经进行了广泛研究，但一个基本的机制问题仍然没有得到回答：当kinesin在每8纳米的步长之间等待时它是两头都与微管结合在一起的还是只有一头与微管结合？现在，Mori等人研制出单分子荧光共振能量转移传感器（smFRET），用来在该运动蛋白沿微管运动时对其进行跟踪。他们发现，在生理浓度的ATP中，kinesin是以一种双头结合状态在两个步长之间等待的，而在低浓度的ATP中，它主要以单头结合状态出现。

封面故事：

纪念夏威夷大气二氧化碳测量工作50周年



近50年前的1958年3月，似乎一切都跟平常一样，但Charles Keeling及其同事在夏威夷的冒纳罗亚火山上开始了对大气中二氧化碳的一系列测量活动。他们获得的结果现在终于引起了世界的注意。本期Nature封面上刊登的是根据他们的测量结果绘制出的“Keeling曲线”。冒纳罗亚火山测量结果是世界上关于大气中二氧化碳浓度的最长的连续记录。他们所记录的二氧化碳浓度的持续上升现在构成气候科学及经济和政治决策方面被人们接受的背景。冒纳罗亚火山测量记录除了其本身就是一个重要资源外，还凸显了地球监测研究计划的至关重要性。本期Nature发表了一系列关于今天正在进行的地球监测工作的新闻特写文章以及关于冒纳罗亚火山数据的历史文章，以纪念这项工作开始50周年。

心脏病细胞疗法的新希望

细胞疗法被认为对治疗心肌疾病有很大潜力。当前的临床实验目标是通过移植衰竭心脏中的自体骨骼肌或骨髓细胞来恢复收缩力，但这种方法迄今为止只取得有限的成功。现在，用患有实验诱导的心肌梗塞的小鼠所作的研究获得的发现表明，植入胎儿心肌细胞可很好地防止发生“室性心律失常”（心脏病患者的一个常见死因）。植入的细胞被心脏正常活动势激活，这些电耦合的细胞的植入为增加向梗塞心脏中的导入建立了通道。另外，conexin 43——一种在相邻细胞之间的“间隙部”所发现的蛋白也被发现与这种保护作用有关。令人吃惊的是，现在这种蛋白在骨骼肌细胞中的表达也能产生与胎儿心肌细胞相似的性质。这些结果让我们看到了基于细胞来治疗心脏病的一个新方法。

地球为什么未能完全变成一个雪球

“雪球地球”假说提出，地球在“新远古纪III”期间是完全被冰覆盖的。人们曾提出另一种假说，即“融雪球”假说，该假说将允许赤道地区的海洋状态与其他地区的雪球状态共存的情形描述为“融雪球”，但这个问题仍然有争议。Peltier等人利用模型对碳周期与气候系统在“新远古纪III”期间的耦合演化进行了研究。他们发现，当表面温度下降时，大气中的氧被吸收进海洋，加快了大量溶解的有机碳的重新矿化速度。这将导致大气中二氧化碳增加和温室变暖效应增强，使一个完全的雪球状态不能形成。

信息素如何影响哺乳动物的行为

我们关于信息素怎样影响动物行为的知识主要是基于对昆虫所做的研究工作。哺乳动物的行为要复杂得多，对它们来说信息素的作用仍不清楚。但在小鼠中，有证据表明，幼崽吃奶的行为、侵略性行为和交配行为等都受鼻腔中的神经元所探测到的信息素的影响，而现在Chamero等人报告说，他们发现“主要尿蛋白复合物”的蛋白成分是一个潜在的信息素配体，通过辅助嗅觉神经通道调控雄性之间的侵略行为。这项工作是在了解哺乳动物种内沟通方面和对这种行为所涉及的神经回路进行定性方面所取得的一项重要进展。

早期月球的火山活动

月球的起源和演化仍然是一个有争议的问题，一个引人注目的争议点是月海玄武岩火山活动开始和结束的时间。过去30年的研究工作表明，月海火山主要是在39亿年前结束的狂轰滥炸（陨石对月球的）之后出现的，因为多数已知的月海玄武岩（来自月球的陨石及返回的阿波罗和月球探测器样品）及遥感数据都表明，它们结晶的时间晚于39亿年前。但对月球陨石Kalahari 009中的矿物所进行的新的U-Pb测年研究给出月球玄武岩的年龄大致为43.5亿年。这表明火山活动早在43.5亿年前就开始了，相对来说是在月球形成和分化后不久，而Kalahari 009是我们的第一块来自月球的“cryptomare”的样品。

宿主和寄生虫之间的“僵局”

Lewis Carroll的作品Through The Looking Glass中的“红色女王”说，人必须跑得尽可能快才能呆在同一个地方。Leigh Van Valen将这一概念应用到宿主—寄生虫和捕食者—猎物互动关系中，在这些关系中，每个参与者都在以超过另一方所需速度尽可能快地演化。但怎样才能对这种所谓的“红色女王”动态随时间的变化进行跟踪呢？通过搅动一个池底的稀泥，研究人员找到了答案。水蚤Daphnia和它的一种微生物寄生虫都能在湖里的泥中以休眠状态存活很多年。在一项研究中，研究人员对来自比利时Heverlee的一个池塘底部沉积物中从休眠阶段苏醒的宿主和寄生虫与它们今天的后代进行了对比，发现寄生虫毒性随时间不断增强；但总体效应几乎没变：宿主和它们寄生虫的当今个体之间的感染率基本上是一样的。如同在很多“军备竞赛”中一样，结果是一个僵局。

抑制霍乱病原体致病作用的新分子

在一个被称为“群体感应”的过程中，某些细菌能用化学信号分子在彼此之间进行沟通，使它们能够对基因表达进行同步，以便它们能够几乎像多细胞生物那样来行动。霍乱病原体Vibrio cholerae利用“群体感应”来控制毒性和组织生物膜，后者是造成其感染难以治疗的原因之一。现在，霍乱病原体主要“群体感应”分子（一种被称为CAI-1的自诱导分子）已经被识别出来并定性为(S)-3-hydroxytridecan-4-one，它在生物学上是一个新分子。给细菌提供这个分子，可以中止致病所需因子的生成，这为我们对付这种世界上的主要病原体提供了一种可能的新疗法。

封面故事：

关于P-型ATP酶的一组研究论文

P-型ATP酶是对所有真核生物和很多原核生物具有根本重要性的阳离子泵。本期Nature上3篇论文介绍了关于这一超级家族关键成员的结构及功能研究。本期封面所示为钠离子和钾离子泵的结构，是由Morth等人在本期杂志上以3.5埃的分辨率描述的，同时还刊登了J. C. Skou关于其50年前发现依赖于钠离子和钾离子的ATP酶活性的原始笔记。这篇论文显示了ATP酶与钾相结合的状态，同时还暗示了一种依赖于电压的调控基础。这些结果部分是通过与Skou所作实验相似的动能实验获得的。Olesen等人介绍了肌质网Ca2+-ATP酶（钙泵）的新的晶体结构，同时还有关于功能的研究工作，并且最终呈现了关于钙运输的一个完整机制。在植物和真菌中，细胞离子平衡状态和膜势是由胞质膜H+-ATP酶（另一种P-型ATP酶）提供动力的。Pedersen等人介绍了它的X-射线结构，提供了关于它是如何沿一个陡峭的电化学梯度来泵输质子的有关线索。

海上异常波浪的产生原理

水手们几个世纪以前就知道，异常的巨大波浪似乎能够毫无征兆地就出现在海洋上。最近科学家发现，碰上这种“恶棍”波浪的可能性远远大于从传统波幅统计中所能预计的程度。为了解这种事件的物理原理，Solli等人在一个光学系统中对“恶棍”波浪的概念进行了研究。利用一个新的实时探测方法，他们研究了一个体系（基于一种具有显微结构的光纤），该体系能够暴露出极陡的大光波，它们是因一组几乎相同的光脉冲的注入而产生的罕见结果。

女性脊柱的特别之处

背痛是人们请病假的一个重要原因，是直立行走（人类及其祖先不同于其他动物的一个鲜明特征）所带来的困难的证明。由于在人类历史及史前的大部分时间，成年妇女都把很多时间花在怀孕或哺乳上，所以妇女还有另外一个演化问题。怀孕因不断改变身体的重心而使得直立行走的不稳定性变得更加严重。Whitecombe等人对能够平衡胎儿负荷的、女性脊柱所特有的那些解剖学上的适应性特征进行了详细分析，发现直立行走的南猿（而不是非直立行走的黑猩猩）也有类似的适应性特征。

“卡西尼”获得土星环流图像

关于在距地面较高处有一个由束缚的粒子组成的环流围绕地球的观点首次出现在20世纪早期。这个观点被证明是正确的，对该环流及其组成的测量工作于1957年进行。后来人们在木星上也发现了不同性质的环流，并且推测土星也有这种环流。现在，安装在“卡西尼”探测器上的磁圈成像仪器获得了土星环流的图像。该环流是高度可变的，具有强经向不对称性，与该行星几乎呈刚性共同转动。这与地球的环流形成对比，后者没有自转调制，且最初的不对称性取决于局部效应。

决定热带气旋强度的因素

关于热带气旋活动对全球变暖的响应问题我们很不了解。科学家经常假设，海洋表面温度越高，越有利于气旋形成和加强，但事实可能并不是这样，因为其中还涉及很多其他因素。Gabriel Vecchi和Brian Soden对海洋表面温度变化与一种被称为“热带气旋潜在强度”的指标（该指标为气旋强度提供一个上限）之间的关系进行了研究。他们发现，潜在强度的变化与变暖的区域结构密切相关，而不是与局部海洋表面温度密切相关——比热带平均温度更高的区域以潜在强度增加为特征，反之亦然。这说明，热带气旋活动对气候自然变异（往往涉及海洋表面温度局部化的变化）的响应可能大于对由温室气体诱导的更为一致的变暖模式的响应。

控制“转座子”的一种办法

在变化的环境中进行细菌培养，有时会积累突变率增大的“转座子”品系，可能会增强它们进行适应性演化的潜力。这种情况经常发生在临床条件下。如果“转座子”要长久存在，它们就需要一个一致变化的环境。与寄生体（如病毒）共同演化是能够提供这种环境的一个情形。现在，用假单胞菌所作的实验表明，与一种自然出现的噬菌体共同演化会明显提高细菌突变率，导致噬菌体绝灭概率增高。因此，以噬菌体种群为控制目标可能是在临床感染环境中削弱对“转座子”选择性的一种办法。

封面故事：

Nature首次颁发“年度新闻人物”奖



Nature杂志首次“年度新闻人物”奖颁发给2002年以来一直担任政府间气候变化专门委员会（IPCC）主任的Rajendra Kumar Pachauri和IPCC其他人士，以及2007年诺贝尔和平奖获得者、美国前副总统阿尔·戈尔。

超导的产生并非必须有声子

超导的经典形式最终由在上个世纪50年代获得诺贝尔奖的BCS理论解释为，通过声子的交换发生相互作用的电子对所构成的一种超级流体。既然如此，那么理论工作者便问，由声子所提供的变形的晶格是否是产生超导性所必需的？实际上不是这样的，一系列“非传统”超导体随后的发现证明了这一点。在一篇Review文章中，Phillipe Monthoux、David Pines和Gilbert Lonzarich介绍了对磁相互作用模型的一个重新表述，该模型正在成为不依靠声子来解释超导的强大的理论框架。

产生光频梳的新方法

光频梳是能够发射离散的、等间距频率光的光源，所以其光谱有一个典型的梳子一样的形状。频率梳正在使光谱和计量领域发生革命性变化：利用该技术的时钟在准确性上能超过原子钟，如目前用作时间标准的铯时钟。但生成一个频率梳所需的仪器化过程却很繁复，通常需要对一个庞大的飞秒激光源进行细致的稳定。现在，Del’Haye等人研究出一种与频率梳的生成有根本不同的方法：仅仅用一个传统的激光二极管对置于一个硅芯片上的小小的碟状谐振器进行照射就可以了。激光与谐振器之间所发生的相互作用会导致在红外波段发射一个光频梳。该方案非常简单，另外，系统的尺寸、成本和能耗都有可能降低，所以它将能增强光频梳在很多领域的实用性。

古新世/始新世全球变暖并非由温室气体引起

“古新世/始新世极热时期”是发生在距今大约5500万年前的一个全球气候强烈变暖的时期，它与在同位素组成上明显不同的温室气体向海洋—大气系统的大量释放有关。然而，是这一因素引起了该事件特有的全球变暖和环境变化，还是后者导致了前者？这个问题仍不清楚。Sluijs等人研究了来自美国新泽西州两个沉积层的跨越古新世/始新世边界层的环境变化的高分辨率记录，为弄清这个问题提供了线索。他们发现，在这一地点，环境变化和海洋表面变暖的开始时间比温室气体的输入时间早几千年。相关事件的这一时间序列与认为海洋深层变暖引起海底气体水合物分解、将大量温室气体甲烷释放出来的观点是一致的。但早期变暖的原因仍然不确定。

决定食物链稳定性的因素

全球生物多样性的维持，取决于对哪些参数影响食物链稳定性及物种群落怎样对它们的变化作出响应的认识。科学家对生活在5个不同的自然食物网（溪流、池塘、湖泊、陆地、海洋）中的3种无脊椎动物的食物链进行了分析，揭示了消费者物种和它们的资源之间的体重比何以允许物种共存的原理。根据经验获得的这些自然网络中的物种的体重比，与用一个生物能消费者——资源模型所预测的结果是一致的。所以，身体大小与食物链结构之间的简单关系可能决定着食物链的稳定性。

为了更完美的表现

为什么即便训练最好的运动员和音乐家也不能有完美的表现？一种观点是，人们表现上的这种残留的变化是一种“噪音”，它反映了我们控制自己运动的能力存在根本的局限性。而用成年鸣鸟彩排极好的歌声为模型所作的实验则作出了另一种解释。对成年“十姐妹”（一种鸣鸟）明显程式化的歌声用电脑所作监测发现，它们的表现也有微小差别。每当歌声变化超过一定极限就对唱歌的鸟给予纠正时，它们会迅速对自己的发声进行适应性改变。这一发现的意义在于，歌声一旦被学会，就能被保持下去，尽管因年龄增长等因素而使声带系统发生微妙变化。所以行为“噪音”并不简单地是一种令人讨厌的东西，而可能是神经系统为使表现更完美所作的实验。

谢谢分享！！！

封面故事：

磁单极理论上有可能存在



我们都熟悉携带负电荷或正电荷（如电子和质子）的基本粒子，但还没有存在只带一个净磁荷的基本粒子的证据。磁铁似乎总是有不能分开的北极和南极，没有已知的磁单极，尽管人们都在努力观测它们。现在，一项有趣的理论研究提出，磁单极是可能存在的——不是以基本粒子的形式存在，而是以“自旋冰”等奇异的凝聚态物质系统中的出射粒子的形式存在的。该理论（基于与量子霍尔系统中所看到的分数电荷或准粒子的类比）还能解释自旋冰中已经在实验中观测到、但至今尚不理解的一种神秘相变。本期封面图片所反映的是，一个正在分裂成单独的单极状态自旋冰体系中电子自由度的偶极状态。

科学家发现昆虫性肽受体

多数昆虫的雌性在交配后其生殖行为都发生一个深远的变化：它们会变得对求偶的雄性不能接受，并开始产卵。尤其是雌蚊子，它们在交配后开始找血吃。这种变化是由雄性精液中存在的因子诱发的。1988年，科学家发现果蝇身上这种活性因子是一种小的肽分子，称之为“性肽”。现在，科学家长期寻找的这种肽的受体蛋白已经被识别出来。这种性肽受体（原来就是孤儿受体CG16752）在一个与其他性行为也相关的神经元中发挥功能。该受体在不同昆虫物种中都被高度地保留了下来，从而提出这样一个可能性：我们有可能以该受体为目标，来破坏有害昆虫的生殖行为，或干扰能够传播疾病的昆虫寻找宿主的行为。

北半球秋季变暖的原因

对北半球大气二氧化碳浓度和生态系统二氧化碳通量的年际变化所作的一项分析表明，秋季较为温暖的气候条件与早秋到冬季大气中二氧化碳的积聚有关。这个结论似乎是反直觉的：温暖的秋季肯定意味着更长的生长季节和对陆地碳汇的一个有利影响，因为树木和植物等能够制造更多生物质。卫星观测结果和数值模拟对此提出一种解释：由更高温度引起的呼吸作用的增强足以抵消光合作用增强所产生的好处，从而造成碳损失，限制了这些生态系统作为碳汇所具有的潜力。而且，这种秋季的二氧化碳损失还会将春季多吸收的二氧化碳大部分抵消掉。如果未来的变暖在秋季比在春季发生得更快，那么北半球生态系统封存碳的能力就可能以比过去预测更快的速度下降。

北极地区变暖速度为什么更快

某些最显著的气候变化迹象是在北极看到的，例如，那里的近地表变暖在过去几十年里几乎是全球平均水平的两倍。这一“北极放大效应”的深层原因仍然不确定，但通过分析对该地区所作的模拟和观测研究获得的温度数据集，可以为解答这个问题提供一些线索。其关键发现是远离地表之上的大气温度放大效应的证据。这不大可能是因为一年中大部分时间冰雪覆盖减少的后果，但说明大气热输送的变化等因素可能与最近北极地区的变暖有关。

声波触发地震的实验研究

由地震波诱导产生的小应力可在几千公里之外触发地震，而断裂经常是在地震波过后很长时间才出现的。这种动态地震触发现象背后的机制尚不知道。关于颗粒摩擦的实验室研究已经成为研究断层区过程的一个有用工具，正如对颗粒介质（玻璃珠子）中所发生的粘—滑现象进行跟踪的新的实验所表明的那样（研究人员将实验分成两种情况：一种是不用声波刺激地震的触发，另一种是用声波刺激地震的触发）。结果表明，与触发的余震相应的小幅度断裂事件是在所施加声波幅度足够大时出现的。

用大肠杆菌生产高质量生物燃料

“高级”醇类作为生物燃料比乙醇有优势，因为它们能量密度更高、吸水性更低；“支链”醇类比直链醇类有更高辛烷值。过去，一直无法用原生微生物来生物合成这些醇类。现在，研究人员通过基因工程手段对大肠杆菌进行改造，已经可以用它们来从葡萄糖生产高级醇（包括异丁醇、1-丁醇和2-苯乙醇）。该方法涉及对氨基酸生物合成通道中的中间体进行分流，来合成想要的醇类，它可帮助通过微生物发酵来大规模生产生物燃料。

线粒体tRNA合成酶与核酶复合体的晶体结构

地球上的生命据信是从一个“RNA世界”演化来的，在这个世界上，RNA分子既催化重要的化学反应，又携带遗传信息。在现代生物学中，蛋白已经成为细胞中完成酶催化作用的主要角色，而核酸则仍旧扮演携带遗传信息的角色。然而，在细胞内，仍然有RNA世界的遗迹。其中一个遗迹就是线粒体tyrosyl-tRNA合成酶CYT-18，它来自真菌链孢霉，也与一种group I intron核酶结合，并且帮助进行剪接。现在，这一蛋白/核酶复合体的晶体结构已被确定。它们的相互作用界面与CYT-18用来在其酶催化作用中与tRNATyr结合的界面是不同的。研究人员还发现了在非拼接tRNA合成酶中不存在的特定变化，它们可能是RNA-蛋白复合体从只有RNA的酶演化而来的方式。

(田天/编译，更多信息请访问www.naturechina.com/st)