[【综合】] Nature2008年1月24日中文要览

封面故事：木星大气层的最新观测结果
Depth of a strong jovian jet from a planetary-scale disturbance driven by
storms
在以冥王星为目的地的“新地平线”探测器掠过木星的同时，从2007年2月开始，木星
也是一组地基望远镜及哈勃太空望远镜密切观测的目标。在该项目进行了几星期之后的
3月25日，在位于北纬23度的木星最强喷射流中出现了一个强烈扰动，一直持续到2007
年6月。这种类型的事件是罕见的，此前最近看到此类事件是在1990年和1975年。该扰
动的开始时间是由哈勃太空望远镜观测到的，该望远镜以前所未有的详细程度对两个喷
射柱的形成进行了观测。这两个喷射柱（在本期Nature封面上较小的红外照片上显示为
亮的白点）比其周围的云高出30公里。支配木星和土星大气喷射流的能量来源的性质是
一个有争议的问题，这个问题因局部及整个星球范围内的气象因素的相互作用而变得复
杂化。新的观测结果表明，有一股风在向大气层的内部延伸，延伸到远远超过太阳辐射
所能达到的程度。在本期Nature封面上较大的图片上，由喷射柱引起的扰动可在喷射流
的主波段中看到。（Letter p. 437; News & Views）图片提供：HST/NASA-IRTF
Hawaii


金属有机化学：碳-氢键的选择性改变（Organometallic chemistry: Bond, C-H
bond）
Catalytic C–H functionalization by metal carbenoid and nitrenoid insertion
在不改变一种复合物分子中其他部分结构的条件下确定其中某个具体的碳-氢键的功能
会是极为困难的。近年来，“碳-氢活化”（或称“碳-氢功能化”）受到很多关注，部
分原因是已经发现了新的催化剂，它们能够在有其他官能团存在时选择性地定位及改变
关键碳-氢键。在这篇综述文章中，Huw Davies 和James Manning对怎样通过插入金属
卡宾（carbenes）和氮宾（nitrenes）来有效合成天然产物和潜在药物进行了分析。
（Review Article p. 417）


将HIV-1病毒体羁留在细胞表面的分子被识别出（HIV/AIDS: The ties that bind）
Tetherin inhibits retrovirus release and is antagonized by HIV-1 Vpu
对Vpu（一种HIV-1辅助蛋白，是HIV-1颗粒向某些人类细胞中的有效释放所必需的）的
功能所做研究表明，在一种可被Interferon-alpha诱导的细胞表面蛋白中存在一种羁留
分子。现在，这种羁留分子已被识别为宿主细胞分子CD317（它被重新命名为
Tetherin），它是一种膜蛋白，以前没有已知功能。研究表明，Tetherin涉及新形成的
HIV-1病毒体在细胞表面的留持。Vpu中和它的效应，使病毒颗粒能够释放和传播。因
此，对Vpu的功能的抑制是艾滋病的一个可能的治疗策略。（Article p. 425; News &
Views）


控制转位子扩散的一个新机制（Genomics: Transposon watch）
Host genome surveillance for retrotransposons by transposon-derived proteins
真核基因组的很大部分由转位子组成，即能从基因组中一个地方向另一个地方转移的基
因。它们对基因组的组织有深远影响，同时对基因组演化也有重大影响。宿主基因组形
成了几个机制，来控制可转位基因的扩散。本期Nature报告了一个新发现的机制。在裂
殖酵母中，该机制的作用方式是，通过利用一组蛋白（着丝粒蛋白B同源基因）来定位
另一组特定的转位子（Tf2逆转位子，它们通过RNA中间体发挥作用），来控制转位子活
动。这似乎是一个古老的逆转位子监测通道，并且说明DNA转位子和逆转位子之间可能
存在冲突。（Article p. 431; News & Views）


量子点与空穴自旋（Quantum dots: The hole spin）
Optical pumping of a single hole spin in a quantum dot
一个电子的自旋是一个自然的、由两级组成的体系，可被用来形成一个量子位
（qubit）。通俗来讲，一个量子位就是束缚在一个半导体量子点中的一个电子，在这
个地方，它可以将其自旋保持一个比较合理的时间长度，然后该电子的自旋就会因与环
境的相互作用而慢下来（松弛下来）。然而，尽管人们做了很多努力来延长这种体系的
自旋“松弛时间”（relaxation time），这个时间仍然没有长到足以允许进行有用的
量子操作的程度。另一种办法是利用一个空穴的自旋。一个空穴实质上就是一个缺失的
电子，它与其环境之间的相互作用要少得多。Gerardot等人设计了一个量子点，该量子
点可通过光学手段来初始化，以包含一个明确的、非常稳定的空穴自旋，其松弛时间长
到足以允许在固态量子网络中进行潜在的应用。（Letter p. 441）


四种稳定的锂-铍合金有可能存在（Metals: Making light alloys work）
Emergent reduction of electronic state dimensionality in dense ordered Li-Be
alloys
两种最轻的金属元素锂和铍在环境条件下彼此之间并不发生相互作用而形成一种合金。
但很多化合物的结构以及活性却可通过将其置于高压下而发生根本性改变。一项新的计
算研究表明，对于锂和铍来说，在比较容易达到的压力下，四种合金应当是稳定的，它
们分别是LiBe、LiBe2、LiBe4 和Li3Be。有趣是的，在其中一种合金的三维晶体环境
中，出现了由几乎理想的自由电子一样的状态构成的二维层，它还可能具有有趣的超导
性能。（Letter p. 445）


密西西比河入海无机碳增加由人为因素造成（Mississipi River: Dirty ol’ man
river）
Anthropogenically enhanced fluxes of water and carbon from the Mississippi
River
溶解的无机碳从河流向海洋的流动，是联系陆地和海洋碳库的一个重要的净流量。现
在，在Carrollton 和 Algiers城的水处理厂获得的关于重碳酸盐含量的时间跨度长达
100年的测量结果，被用作关于密西西比河水及碳流量的一项研究的基础。以前的研究
工作显示， 在过去50年里，由密西西比河输送到海洋中的溶解无机碳（大部分是重碳
酸盐）数量有显著增加，但增加的原因仍不清楚。通过分析Carrollton/Algiers两个地
方的数据，再加上子流域及降水数据，研究人员发现，造成这种增加的主要原因是人为
因素——来自农业流域的重碳酸盐排放量增加了，而所增加的重碳酸盐并没有被降水量
的增加所平衡。（Letter p. 449; News & Views）


夏威夷火山地貌特征的形成因素（Volcanism: The Hawaiian connection）
Deformation and rupture of the oceanic crust may control growth of Hawaiian
volcanoes
夏威夷火山是由与太平洋板块下面的热点活动有关的大量玄武岩熔岩伸出地面形成的。
尽管进行了多年研究，但这些火山的地貌特征（如裂缝区域、巨大的断层悬崖及其所导
致的滑坡等）在很大程度上仍然没有得到解释。Jean-Luc Got等人利用地震数据及有限
元力学模拟发现，地表形态可能是由夏威夷岛下面的海洋地壳形态控制的，后者在火山
的负荷下严重变形。（Letter p. 453）


决定生态系统中模式形成的因素（Ecology: Subtle variation）
Clusters of ant colonies and robust criticality in a tropical agroecosystem
人们一般都会假设，一个生态系统中的斑块一定能够反映该生境的一个内在性质。然而
来自几个方面的证据表明，内在的生物动态即便是在一个对所涉及生物来说是均一的生
态系统中也能产生特定模式。在实验室之外，我们难以令人信服地用生物相互作用来说
明大尺度的模式形成，这主要是因为几乎不可能排除生境变量。Vandermeer等人利用在
一个咖啡种植园中种植的遮荫树的人造特征绕过了这一问题，发现属于一种特定物种的
蚂蚁（Azteca instabilis，这种蚂蚁在这些树上作巢）能够形成明显的模式。蚂蚁的
种群密度由天敌（主要是一种寄生的蝇）控制，但蚁巢群的分布却有很强的空间特征，
尽管它们的生境是均一的。（Letter p. 457）


一个控制干细胞周期的新机制（Stem cells: Continuous renewal）
Histone H2AX-dependent GABAA receptor regulation of stem cell proliferation
干细胞的自我更新涉及在持续增殖下对多能性的保持。胚胎干细胞的增殖过去被认为是
结构性的，是不受调控的，因为正常细胞周期调控机制在这些细胞中是不工作的。现
在，And?ng等人提出证据表明，在胚胎干细胞中和在其他特定组织中的干细胞类型中，
存在一个从根本上来说是新的细胞周期调控机制。按照这一机制，内生GABA受体信号通
过一个涉及细胞周期蛋白的机制来控制细胞增殖，而这些细胞周期蛋白以前被与细胞
DNA检查点通道联系在一起。（Letter p. 460）


几种Dscams分子在脊椎动物神经联结中所起作用（Neuroscience: Making
connections）
Neurite arborization and mosaic spacing in the mouse retina require DSCAM
Dscams是免疫球蛋白超级家族的粘附分子。果蝇Dscams已被发现与神经联结的组织相
关，但人们对脊椎动物中密切相关的分子的功能却知之甚少。现在，Masahito
Yamagata 和Joshua Sanes发现，Dscams-1 和Dscams-2在鸡视网膜特定层联结的成形中
发挥一定作用。另外两种粘附分子，即Sidekick-1 和 Sidekick-2，以一种类似方式发
挥作用。这些分子广泛分布在神经系统中，可能是使大脑中神经联结成形的一个“粘附
代码”的构成部分。（Letter p. 465）关于Dscams在脊椎动物神经成形中重要性的进
一步证据来自Fuerst等人，他们发现DSCAM（即“唐氏综合症细胞粘附分子”的英文首
字母缩写）在小鼠视网膜神经回路的形成中发挥一定作用。（Letter p. 470）


协调光和赤霉素对植物生长进行控制的分子基础（Plant growth: Gibberillins make
light work）
Coordinated regulation of Arabidopsisthaliana development by light and
gibberellins / A molecular framework for light and gibberellin control of
cell elongation
植物中很多至关重要的发育过程由光和赤霉素共同调控，然而我们对二者之间对话的分
子基础还没有充分了解。现在，两个小组在本期Nature上报告的结果显示了一个信号级
联，它有助于光和赤霉素对植物生长进行协调地控制。在没有赤霉素时，DELLA蛋白抑
制转录因子PIF3（一种光敏素相互作用蛋白）与基因启动子结合。赤霉素诱导DELLA蛋
白的降解，从而允许PIFs与它们的目标启动子结合，并调控基因表达。光通过一个光反
应器发挥作用，来使PIF4失去稳定性。所以，DELLA蛋白，以及PIF家族成员之间的竞争
性相互作用，似乎是将光与赤霉素联系在一起的关键因素。（Letters pp. 475; 480）


细菌鞭毛分泌的动力来源并非ATP酶（Bacterial flagella: Alternative energy）
Distinct roles of the FliI ATPase and proton motive force in bacterial
flagellar protein export / Energy source of flagellar type III secretion
细菌鞭毛包含一个分泌器，它与很多病原体用来将效应器（effector）蛋白转移进宿主
细胞内的III-型分泌体系相关。科学家认为，ATP酶FliL为这种输送提供能量，但本期
Nature上两篇论文反对这一被普遍接受的观点。这两个研究小组都发现，鞭毛分泌即使
是在没有这种ATP酶的情况下也能发生，而且为该过程提供能量的是质子运动力。
（Letters pp. 485, 489）