自然要览Nature 470: 7332 3 February 2011

2011/02/04 18:22:02

（选自英国Nature杂志，2011年2月3日出版）

封面故事： 太阳系外的“太阳系”

A closely packed system of low-mass, low-density planets transiting Kepler-11 NASA的Kepler

航天器是一个设计用来检测和研究太阳系外行星的空间天文台，是当这些行星在穿越其主星的盘时对其进行检测和研究的。最近该航天器有一个重大发现：它发现了一个由六个行星组成的体系，该体系绕一个名叫Kepler-11的、与太阳相似的恒星运转。其中五个行星的轨道周期在10天和47天之间，这些周期对于大小和质量都已测量出来的行星来说是最小的。第六个、也是最外面的一个行星迄今为止还没有得到很好的定性。很少有恒星有超过一个以上已知的穿越行星，而且此前尚未发现有超过三个以上穿越行星的恒星。这一新发现的体系在接近“共平面”方面很像我们自己的太阳系。Kepler在今后一段时间还将继续返回关于Kepler-11及其行星的数据，所以它应能证明有关太阳系形成和演化的研究工作的一个具有普遍性的很有价值的模型。Articles p.53 doi:10.1038/nature09760

 

高分辨率版本数变异图（Fine-scale mapping of genetic variation）

Mapping copy number variation by population-scale genome sequencing

版本数变异（CNVs）是对人类基因组中的遗传变异有很大贡献的大尺度删除、复制和插入，而且很多CNVs都与疾病易感性相关。现在，研究人员利用来自对185个人的全基因组测序工作所获得的信息生成了一个高分辨率CNVs图。该图件的核苷酸分辨率可帮助分析结构变异体的分布及识别起源于它们的相关机制。这项研究为基于序列的关联研究提供了一个资源。Articles p.59 doi:10.1038/nature09708

 

Henize 2-10中心发现一个袖珍型射电源（Bursting onto the scene）

An actively accreting massive black hole in the dwarf starburst galaxy Henize 2-10

Henize 2-10（一个相对来说在我们附近的蓝色袖珍型矮星系）中的“星爆”引起天文学家关注已有几十年了，部分是由于其惊人的恒星形成速度——其恒星形成速度是 “大麦哲伦云”的10倍。现在，在厘米射电波长及近红外波长对Henize 2-10所做的一项研究，显示其中心有一个袖珍型射电源，这与一个硬X-射线源在空间上巧合。该发现表明存在一个在活跃吸积的大质量黑洞，但却是一个与“核球”、“核星团”或任何其他明确定义的“核”都不相关的黑洞。这意味着Henize 2-10可能反映了以前没有观测到的黑洞和星系演化的一个早期阶段。Letters to Nature p.66 doi:10.1038/nature09724

 

纠缠的按需生成（Ensemble entanglement）

Entanglement in a solid-state spin ensemble

“自旋系综”（如用在液态核磁共振中的“自旋系综”）对于量子控制方法的研发一直很重要，但所演示的这些“自旋系综”都不含纠缠——量子信息处理器的一个必要元素。现在，Simmons等人报告了在磷掺杂的硅中电子自旋系综和核自旋系综之间纠缠的按需生成，同时以高保真度生成了100亿个“自旋对”。这个结果满足了一个基于硅的量子信息处理器的必要条件之一。Letters to Nature p.69 doi:10.1038/nature09696

 

利用LCLS X-射线激光进行生物成像（Biological imaging with the LCLS X-ray laser）

Femtosecond X-ray protein nanocrystallography / Single mimivirus particles intercepted and imaged with an X-ray laser

位于斯坦福的新的“飞秒硬X-射线激光装置”（即Linac Coherent Light Source，缩写为LCLS）的启动，让人们对生物成像的一个新时代充满了期待。强烈的超短X-射线脉冲允许在辐射损坏发生之前对小的结构进行衍射成像。本期Nature上两篇论文介绍的“概念证明”实验显示了LCLS的工作情况。Chapman等人通过不能在大晶体中成长的大分子的纳米晶体对结构确定问题进行了研究。他们从膜蛋白“光合体系-I”的一系列纳米晶体获得了超过300万衍射图，并为该蛋白生成了一个三维数据集。Seibert等人通过将一束冷却的“mimivirus”颗粒注射进X-射线束中，获得了非晶体生物样本“mimivirus”的图像。Letters to Nature p.73 doi:10.1038/nature09750

 

造成5000年前大气甲烷浓度异常增加的自然原因（Natural explanation for preindustrial methane peak）

Late Holocene methane rise caused by orbitally controlled increase in tropical sources

关于人类通过温室气体排放影响全球气候已有多长时间的问题，对于了解气候系统的敏感度具有根本性意义。所以，人们对发生在距今大约5000年前的、大气中甲烷浓度的一次明显异常增加（如在极地冰核中所记录的那样）很感兴趣。对甲烷浓度的增加所做的解释包括非常早的农业活动及天然湿地排放量的增加等。现在，对上次冰期全球甲烷水平所做的一系列新的气候和湿地模拟表明，甲烷浓度的增加可以用地球轨道构形的自然变化来解释，南半球热带地区排放量的增加与由岁差诱导的季节性降水的变化有关。Letters to Nature p.82 doi:10.1038/nature09739

 

杂草生物控制效果波动的原因（Weed control in a state of flux）

Alternative stable states explain unpredictable biological control of Salvinia molesta in Kakadu

在多数年份，能够形成草垫的侵略性杂草“槐叶苹”，在“卡卡度国家公园”的河流中都能通过“槐叶苹象鼻虫”成功得到控制，这种象鼻虫是在上个世纪80年代作为一种生物控制手段引进的。然而，在有些年份，控制却是不完全的。现在，这种情况被归于一种众所周知、但却未被完全了解的生态现象——替代性稳定态。当这样的状态出现时，它们对生态系统管理造成严重问题，但大多数被研究的案例却属于非常稳定的状态，它们只有在经过重大扰动后才罕见地发生变化。不过在“槐叶苹/槐叶苹象鼻虫”的例子中，水供应条件的经常变化造成“弱稳定态”之间发生变化，在这些状态中，控制措施可以是有效的，也可以是无效的。更好地了解这些变化是怎样发生的，将有可能通过干预手段使系统保持在受控状态。Letters to Nature p.86 doi:10.1038/nature09735

 

七鳃鳗的“类胸腺”和脊椎动物的免疫系统（The lamprey’s thymoid and vertebrate immunity）

A thymus candidate in lampreys

演化生物学家对七鳃鳗（无颌鱼，起源于脊椎动物向有颌类和无颌类分化的早期阶段）的免疫系统特别感兴趣。有关七鳃鳗的“另类”免疫系统与今天有颌类脊椎动物的免疫系统之间的差别人们已经进行了很多研究，但最近关于七鳃鳗有与B细胞和T细胞相似的淋巴细胞（这些细胞是有颌类脊椎动物的适应性免疫反应的核心）的发现，让人们更加重视寻找二者之间相似性的工作。对七鳃鳗所做的组织学研究未能发现一个与哺乳动物胸腺（产生T-淋巴细胞的器官）相当的器官。现在，基因表达分析显示，在七鳃鳗幼虫的鳃丝端部存在以前没有识别出的、与胸腺相似的结构（被称为“类胸腺”）。这说明，有颌类和无颌类脊椎动物的共同祖先也许不仅有与T细胞和B细胞相似的淋巴细胞，而且有供它们发育的、在解剖上截然不同的组织。Letters to Nature p.90 doi:10.1038/nature09655

 

成年肾脏的再生（Adult kidney regeneration）

Identification of adult nephron progenitors capable of kidney regeneration in zebrafish

在肾脏受伤后，鱼能再生肾元（肾脏的功能单位），而成年哺乳动物却没有这种能力。现在，对这种再生能力负责的一种以前人们不知道的肾脏细胞类型已在成年斑马鱼中发现，它们以小集群形式存在于整个肾脏中。当少到只有10到20个这样的先祖细胞被移植进受伤的成年肾脏中时，它们会嫁接和形成新的功能性肾元。这表明，也许有可能为治疗目的而在人体中发现一种对应的再生性细胞。Letters to Nature p.95 doi:10.1038/nature09669

 

治疗耳鸣的一个思路（Sound idea for treating tinnitus）

Reversing pathological neural activity using targeted plasticity

神经弹性（人脑因为经验而发生变化的过程）被认为是包括耳鸣在内的几种慢性神经疾病的发病根源。Engineer等人利用关于由噪音诱导的耳鸣的一个啮齿类动物模型发现，逆转由耳鸣诱导的神经弹性可以纠正认知受损。不断通过短暂刺激迷走神经来与声调搭配，会增强听觉神经元的调音能力，消除耳鸣的生理以及行为迹象。这个原理证明试验表明，仅仅恢复被病理改变的神经通道中的正常神经活动，就有可能改善涉及异常神经弹性的病变。Letters to Nature p.101 doi:10.1038/nature09656

 

在试管中生成人小肠组织（Intestinal tissue made in vitro）

Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro

在一项新的研究中，研究人员利用一系列生长因子操纵来在培养中模仿胚胎的小肠发育，从而成功地在试管中从胚胎及诱导多能干细胞生成了人小肠组织。所生成的上皮统一为小肠上皮，有绒毛样结构和先祖域，含有肠道中全部的功能性细胞类型，包括与成年小肠无法区分的“brush boarders”。这种方法对于疾病研究也许有治疗上的好处。Letters to Nature p.105. doi:10.1038/nature09691

 

生物节律在植物抗病能力中的作用（Resisting a dawn raid）

Timing of plant immune responses by a central circadian regulator

生物节律调控一系列发育和代谢过程，使适应性增强。关于植物抗真菌病原体“Hyaloperonospora arabidopsidis”（该病原体在拟南芥中引起绒毛状霉菌病）能力的这项研究，显示在植物先天免疫系统和生物钟之间有一个联系。中央节律调控器 CCA1被发现调控在R-基因调控的防卫中所涉及的一组新颖的基因。这一机制让植物能够在黎明时（病原体通常在这个时候散播其孢子）“预测”感染。Letters to Nature p.110 doi:10.1038/nature09766