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2007年2月1日的《自然要览》
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[自然要览] （选自英国Nature杂志，2007年2月1日出版） 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 一个涉及三个密切相关基因的气孔生物合成通道（Fair exchange） Termination of asymmetric cell division and differentiation of stomata / Transcription factor control of asymmetric cell divisions that establish the stomatal lineage 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。（Article p. 501; Letter p. 537） TBPb的人类同源结构被发现（End of the line） The POT1–TPP1 telomere complex is a telomerase processivity factor / TPP1 is a homologue of ciliate TEBP- and interacts with POT1 to recruit telomerase 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。 （Article p. 506; Letter p. 559） 对“热木星”HD209458b的最新观测结果（This planet is a gas） The signature of hot hydrogen in the atmosphere of the extrasolar planet HD 209458b “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。（Letter p. 511） 一个特殊类型的空穴QED体系（Count on qubits） Resolving photon number states in a superconducting circuit 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。 （Letter p. 515; News & Views） 能探测浓度低于100毫微微摩尔未标记抗体的传感器（‘Microsniffer’ technology） Label-free immunodetection with CMOS-compatible semiconducting nanowires 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。（Letter p. 519） 现代版麦克斯韦“思想实验”（Confront your demons） A molecular information ratchet 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。（Letter p. 523） 一个演示物种间相互作用重要性的实验（In it together） Evolution of species interactions in a biofilm community 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。（Letter p. 533） TRPA1离子通道的激发机制（Sensing danger） Noxious compounds activate TRPA1 ion channels through covalent modification of cysteines 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。（Letter p. 541; News & Views） 与bicoid mRNA定位有关的特异性因子被发现（Fronting up） bicoid RNA localization requires specific binding of an endosomal sorting complex 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。（Letter p. 554） |
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