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2007年03月29日的《自然要览》
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[自然要览] （选自英国Nature杂志，2007年3月29日出版） 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。（News Feature p. 488） 活细胞网络的简单性（KEEP OT SIMPLE） Simplicity in biology Uri Alon的《系统生物学介绍：生物回路的设计原理》一书为向更广泛的读者介 绍系统生物学做出了很多贡献。在本期的Essay栏目中，Alon解释了这一相对较 新学科所依赖的关键假设：生物系统显而易见的复杂性的确是显而易见的。生物 网络似乎基本上是由少数几种类型的、被称为“网络主题”（network motifs） 的模式构建的，整个细胞中共享的设计原理又进一步简化了这一体系。总而言 之，活细胞的网络在几个方面似乎有一定程度的简单性，这是很有意思的，因为 细胞的出现是为了生存， 而不是为了让科学家去理解它们。（Connections p. 497） 哺乳动物到底是怎么出现的？（The long hello） The delayed rise of present-day mammals 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。（Article p. 507; News & Views） 为什么锔有磁性而钚没有？（The attraction of curium） Fluctuating valence in a correlated solid and the anomalous properties of -plutonium 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。（Letter p. 513; News & Views） 怎样让光穿过比波长还小的孔？（Shining through） Transmission resonances through aperiodic arrays of subwavelength apertures 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。（Letter p. 517） 磁交换力显微镜（MExFM）的首次应用（The image of spin） Magnetic exchange force microscopy with atomic resolution 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。（Letter p. 522） 确定不含重原子的分子的绝对构型的方法（Reflections on neopentane） Absolute configuration of chirally deuterated neopentane 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。 （Letter p526; News & Views） 过去4.2亿年间的气候敏感性（Calibrating the climate） Climate sensitivity constrained by CO2 concentrations over the past 420 million years 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。（Letter p. 530） 一个新的流行病学模型（The season to be ill） Seasonal dynamics of recurrent epidemics 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。（Letter p. 533） 矿山微生物为什么能适应严酷自然环境？（Mine of information） Strain-resolved community proteomics reveals recombining genomes of acidophilic bacteria 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。（Letter p. 537） 信息素cVA对雌性和雄性的不同作用（His and hers pheromone） A single class of olfactory neurons mediates behavioural responses to a Drosophila sex pheromone 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。（Letter p. 542; News & Views） |
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