nature中文摘要 | 30 October 2014

2018-11-08 16:42:56


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nature Vol.514 No.7524,30 October 2014


三个侏罗纪真贼兽新物种的发现支持哺乳动物的早期分异
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13718.html
doi:10.1038/nature13718


异兽亚纲(Allotheria)包括多瘤齿兽目(Multituberculata)和贼兽目(Haramiyida),其系统发育位置一直悬而未决,使哺乳动物的起源及早期演化问题备受争论。本文依据六块保存完好的中国侏罗纪化石,命名了三个新种和一个新支系:真贼兽(Euharamiyida)。这些化石揭示了真贼兽颅骨和颅后的诸多特征,并澄清了很多当今备受争议的奇特结构。系统发育分析表明,真贼兽是多瘤齿兽目的姐妹群,并将异兽亚纲归到哺乳纲中。分析结果还表明,异兽亚纲的哺乳动物是从晚三叠世(2.08亿年前)时似祖母贼兽(Haramiyavia)的祖先中演化而来,后分化成真贼兽和多瘤齿兽,并达到世界性的广泛分布,表明这两个类群的诸多颅骨和颅后特征具有同源性。该发现还支持,哺乳动物起源于晚三叠世的劳亚大陆,以及在哺乳动物在演化过程中出现了两次独立的中耳分离事件。

间质细胞向内皮细胞转化促进心脏血管再生
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13839.html
DOI:10.1038/ nature13839

内皮细胞可通过内皮间质转化(endothelial-to-mesenchymal transition,EndoMT)成为心脏成纤维细胞,但心脏受损后心脏成纤维细胞能否逆转成内皮细胞并直接促进新血管形成,目前尚不明确。本文中,我们利用遗传命运图谱技术证明,急性缺血性心脏损伤后心脏成纤维细胞可迅速表现为内皮细胞。这种成纤维细胞转化成的内皮细胞与天然内皮细胞具有相同的解剖和功能特征。我们发现,转录因子p53是心脏成纤维细胞命运的调节开关。缺失p53的心脏成纤维细胞形成内皮细胞的能力严重下降,造成心肌梗塞后的血管密度下降,使心脏功能减弱。相反,在心脏成纤维细胞中刺激p53通路,能促进从间质到内皮细胞的转化,生成更多血管,改善心脏功能。观察结果表明,间质到内皮的转化有助于受损心脏形成新血管,代表了心脏修复的潜在治疗目标。

与核小体结合的PRC1泛素化模块的晶体结构
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13890.html
doi:10.1038/nature13890


表观遗传酶(epigenetic enzymes)的多梳家族(Polycomb group)会抑制很多真核生物中受发育调控基因的表达。这一家族中包括多梳抑制复合物-1(PRC1),可利用其自身的E3泛素连接酶亚体(Ring1B和Bmi1)以及一个E2泛素结合酶(UbcH5c)使核小体组蛋白H2A Lys 119泛素化。然而,PRC1或其他染色质酶对核小体基质识别的分子机制还不甚明了。本文中给出了与核小体中心基质相结合的Ring1B-Bmi1-UbcH5c E3-E2复合物(PRC1泛素化模块)的晶体结构。该结构显示了一种染色质酶是如何与空间上跟催化点截然不同的若干核小体表面发生相互作用来实现基质特异性的。结果还进一步揭示出泛素E2酶在底物识别中起到了预想之外的作用,并为研究相关的组蛋白H2A E3连接酶BRCA1如何与核小体进行相互作用并使其泛素化提供了新的思路。

金牛座T星盘的磁场空间分辨结构
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13850.html
doi:10.1038/nature13850

吸积盘内的磁场在恒星形成过程中起着主导作用,但到目前为止的实验观察中,这类磁场并未受到足够的约束。科学家推测在金牛座T星盘里有个磁场,可能就在吸积盘的最深处,但还没有观察到它的强度和形态。空间分辨率较低的极化发射(来自于细长的尘埃颗粒在磁场垂直方向上的排列)给出了星盘方向的平均磁场。理论上讲,磁场应该呈现环状、极向,或两者的混合,在处于活跃吸积过程中的年轻恒星(如HL金牛座)中,这两种形状分别对应着不同的角动量输运机理。科学家近日对HL金牛座星盘1.25mm处的连续极化发射做了高分辨测量。在80个天文单位量级处的磁场与恒星的主轴(长度大约为210个天文单位)重合。从这一结果可以看出,盘内这一量级的磁场不是完全由垂直分量主导的,但环形场的模型也与实验数据不相符。这样的形态表明,金牛座T星吸积盘中的磁场比要现有理论预言的更为复杂。

年轻、低质量的多恒星系统GG Tau A中可能正在形成行星
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13822.html
doi:10.1038/nature13822

在双星系统中形成行星要比在单星系统中困难得多。理论预言,在一个紧密的双星系统(两颗恒星的距离只有不到100个天文单位的双星系统)中,每颗恒星周围都会存在吸积盘,并且在一个由双星引力清扫出的空腔外部还环绕着一个大的外吸积盘。如果恒星在几千年的时间尺度上持续从内部吸积盘吸收物质,必将会有一些物质从外部吸积盘转移至内部,从而为行星的形成提供持续的原料(行星形成的时间尺度为100万年)。单颗恒星周围吸积盘气体流已经在一些单星系统中被探测到。双星的外吸积盘也在一个年轻、低质量的双星系统GG Tau A的外围被发现(这个双星系统最近被证实为三星系统)。在GG Tau A系统中,在单颗恒星GG Tau Aa周围发现有一个大的内吸积盘,并在系统的引力空腔中意外发现了少量氢气。但仅根据这一微弱的探测信号,还不能推断出气体在这个空腔中及其他一些多星系统中的分布状况。在此,我们给出GG Tau A空腔内具有一氧化碳辐射特征的气体的成像结果。根据动力学分析我们推断,气体流似乎具有维持内部吸积盘的作用,能在大时间尺度上减缓星盘物质被吸入恒星,从而为行星的形成赢得充足的时间。这些结果显示,多星系统周围行星形成环境是很复杂的,但它们也证实了一些由数值模拟预测的系统概貌。

单电子的量子X线断层摄影
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13821.html
doi:10.1038/nature13821

如果能完全了解一个量子态的信息的话,我们就能预测所有测量结果的出现概率,这是量子力学中关键的一步。这一目标可以通过断层摄影术(tomography)方法来实现——这一方法已经被应用到原子、分子、自旋以及光子态之中。对于光学或微波光子,标准的断层摄影可以通过将未知态与一个大振幅的相干光场相混合来得到。然而,对于费米子,如凝聚态中的电子,这一方法就不可行了,因为费米子的场的振幅很小(每个态最多只有一个粒子),因此到目前为止还没有人能够测到电子的波函数。最近,对量子导体的研究发现,电子的波函数可以通过测量电子波干涉仪的依赖时间的电流或电子Hanbury-Brown/Twiss干涉仪的电流噪音来得到。研究人员证明,这类测量是可以进行的,尽管需要极高的噪声敏感度,同时展示了注入到弹道导体(ballistic conductor)中单电子的重构准概率波函数(即维格纳分布函数),通过重复地对导体施加洛仑兹电压脉冲,科学家在控制良好的量子态中制备出许多全同的电子,称为leviton。这些leviton在通过一个电子分束器后,与一个低振幅的费米场混合——这个费米场是由频率为电压脉冲倍频的小的交流电流激发的电子-空穴对的相干叠加形成的。电子-空穴与leviton在分束器中的反聚束效应改变了leviton的分区统计,而噪音的变化又可以提供leviton的能密度矩阵元。这种量子断层摄影方法使弹道导体的电子量子光学成为费米子量子信息一个新的试验平台。这些实验结果可以直接应用于电子纠缠飞行量子位、电子退相干与电子相互作用的测量,也可以用于冷费米原子的研究。

石墨烯纳米带锯齿边缘在室温下的磁有序现象
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13831.html
doi:10.1038/nature13831

非磁性材料(如碳)可以表现出一种新的s-p电子磁性,这一现象在近年来广受科学界关注,并不仅仅因为这种磁有序在高温下是稳定的。有人发现,石墨烯中原子尺度的结构缺陷可以容纳未成对自旋,但人们尚不清楚在什么样的条件下,这类缺陷束缚的磁矩中可以产生长程磁有序现象。科研人员近期发现,与随机的缺陷分布相反,在特定的晶格取向上对石墨烯边缘进行原子尺度的加工——包括石墨烯双晶格中一种亚晶格的边缘原子——就能产生稳定的磁有序了。科学家使用一种基于扫描隧道显微镜(STM)的纳米制造技术,制造出有着纳米精确度和很好的边缘晶格取向的石墨烯纳米带。尽管这种被称为“扶手椅”的纳米带显示出量子限域隙,有着锯齿边缘结构、宽度小于7nm的纳米带展现出了0.2–0.3 eV的带隙,这可以看作是相互作用诱导边缘自旋出现有序现象的特征。此外,纳米带宽度增加的同时,出现了半导体向导体的转化,这表明纳米带相对的两侧边缘间的磁耦合从反铁磁转化为铁磁。科学家还发现,在控制锯齿取向的石墨烯边缘,磁有序甚至在室温下也能保持稳定。这为室温环境下石墨烯器件的自旋电子学带来了希望。

脂质双分子层和活细胞膜中通过碳纳米管进行的随机输运
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13817.html
doi:10.1038/nature13817

发展高效且能够精确选择运输粒子的生物膜通道合成类似物一直是一个焦点。自下而上和自上而下的方法能够产生纳米级的孔洞,其大小与内源性蛋白通道类似,但重塑其亲和性与运输特性却仍极具挑战。原则上说,碳纳米管(CNTs)是一个理想的膜通道平台:它具有良好的运输特性,而且其内部狭窄的疏水孔洞恰好模拟了典型生物通道的结构特征。此外,模拟实验表明,长度接近脂质双层膜厚度的CNTs能够自主插入膜中。现在已经发现,功能化CNTs能够穿透脂质膜和细胞壁,并已成功将短管插入膜内形成感受器,但短CNTs的膜运输功能仍然有待开发。本文发现,短CNTs可以自发插入脂质双层和活体细胞膜中形成通道,在生理条件下表现出70~100*10-12西门子的单一电导率。尽管结构简单,但这些“CNT微孔蛋白”可以运输水分、小离子和DNA,能够在不同亚稳态的电导率亚态之间随机转换,并表现出特征性大分子诱导的离子流阻塞。本文还显示,局部通道与膜电荷能够控制CNT微孔蛋白的电导率和离子选择,因此才将这些纳米孔洞建立为发展细胞界面大有发展前途的生物模拟平台,才研究生物通道的运输并制作随机感受器。

末次冰消期间全球碳循环百年尺度上的变化
http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7524/full/nature13799.html
doi:10.1038/nature13799

全球气候和大气中的二氧化碳浓度均与近期的冰期循环有关。究竟哪些过程导致了上一次冰期末期(距今23 000 到9 000年前)大气中二氧化碳含量的上升,目前仍未确定。建立二氧化碳在过去发生变化的时间和速率模型,可让我们敏锐地洞察到影响碳循环的机制,并有助于分析人为排放对当下和未来的影响。本文中我们根据一时间分辨率极高、年代精准的高积累南极西部冰芯,给出了末次冰消期的二氧化碳和甲烷记录。我们发现,尽管低频二氧化碳浓度变化与南极温度的变化基本保持同步,但二氧化碳的急剧改变却与北半球的气候突变有着密切联系。在三次突然变化中,直接辐射强迫中很大一部分都与大气中二氧化碳含量的上升有关,每次约百万分之10~15。每次变化发生在两个世纪以内,且在其后的1 000至1 500年间,二氧化碳浓度并没有显著变化。考虑到二氧化碳浓度和南极温度间的强协方差,本文认为,南大洋富含二氧化碳的深海水团在千年尺度上的缓慢对流对由于冰川消融引起的大气二氧化碳浓度上升有着根本性作用。数据表明,百年尺度上的急剧二氧化碳浓度变化并不能直接影响南极温度。本文认为,百年尺度上的这一过程,可能还包括大西洋经向翻转环流,或许会影响全球碳循环动力。而目前地球系统模型中还没有广泛考虑这些因素。

(来自nature.com。翻译:黄安娜、张文韬、程孙雪子、丁家琦、李轩;审校:程孙雪子、丁家琦)


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