[【综合】] Nature2008年4月17日中文要览

封面故事：格陵兰冰层在融化
世界上大约十分之一的冰都在格陵兰，但这个地方的冰层也许在融化。来自GRACE项目
（即“引力恢复实验和气候实验”项目，由两个空间探测器执行）的数据显示，在2002
年和2006年间，这里的冰层每年损失约150到250立方公里。但其他指标一直存在矛盾，
而且关于这种融化过程对全球海平面到底有什么效应的问题也难以回答。在本期的一篇
新闻特写文章中，Alex Witze提出了三个密切相关的问题，试图以此来确定目前人们关
于格陵兰所发生的事情的一致观点。第一个问题是，气候变暖是否已经在进行当中，因
为今天的二氧化碳排放将会使明天的海洋温度上升到足以使冰层结构越过一个不可逆转
的点的程度。第二个问题是，我们距离这个临界点还有多远？第三个问题是， 随着时
间的推移，这种融化速度会快到什么程度？现在，科学家正在根据已经看到的变化对认
为这样的过程需要千年以上时间的假设进行重新审视。
（News Feature p. 798）


新的计算形式——拓扑量子计算机（Doing it by quarters (Dolev LV/News
Feature)）
Observation of a quarter of an electron charge at the = 5/2 quantum Hall
state
量子计算机依靠量子位工作，它可以处于量子位同时为“0”和“1”的一个量子状态。
但对传统量子位设计而言（一般是基于单个粒子，如一个电子或一个光子），这些量子
状态是非常易受扰动的，并且容易消失。还有一种假设的办法，即拓扑量子位，它能以
一系列由二维准粒子（quasiparticle）形成的“辫子”来保持信息。这一新的计算形
式，距离发布能够证明存在有可能使拓扑量子计算机从假设阶段发展到原理证明阶段的
那种类型的“e/4” 准粒子的可靠证据的目标又近了一步。在一篇新闻特写文章中，
Liesbeth Venema解释了这一激动人心的领域的一些背景情况。
（Article p. 829）


证明e/4准粒子存在的证据（Quantum quasiparticles: Doing it by quarters）
Observation of a quarter of an electron charge at the = 5/2 quantum Hall
state
在传统量子霍尔效应中，一个二维电子体系的霍尔阻力在一个外加磁场下按h/e2的不连
续阶段增加（这里h是基本普朗克常数，e是电子电荷）。但当电子之间存在强相关时，
带有分数电荷的准粒子就会形成，霍尔阻力平台会出现在h/e2的分数值上。关于这些凝
聚态物质体系的大部分研究工作都集中在奇数分母的分数值上，但5/2态却非常重要，
因为它被认为是以带有电荷e/4的准粒子为特征。这些粒子由不同寻常的
“non-abelian”量子统计来描述，在其中，两个准粒子的互换会改变体系的状态，这
与费米子（如电子）或玻色子（如光子）形成对比，后者只是增加一个相。现在，
Dolev等人报告了关于在一个超净二维电子气体中由5/2态所产生的噪音（shot noise）
的数据，这些数据令人信服地说明了e/4准粒子的存在。（Article p. 829; News &
Views）


捕捞对鱼类资源存量的威胁（Why fishing threatens fish stocks (Sugihara RH)）
Why fishing magnifies fluctuations in fish abundance
生态学家早就怀疑，被捕捞的鱼类资源的丰度的波动大于未被捕捞的鱼类资源的原因与
它们被捕捞的事实本身有关。为了解释这种现象，人们提出了三个主要假设。第一个
是，变化的渔业压力本身直接增加了鱼类资源存量的可变性。另外两个假设与“年龄截
断效应”（age truncation effect）有关：不是成熟鱼的减少使得幼小种群更易受环
境变化影响，就是它通过改变内在生长速度等因素而使得种群动态不稳定。一个关于
“加利福尼亚洋流”渔场中鱼苗种群的50年记录被用来区分这些可能性。没有发现支持
第一个假设的证据，对第二个假设的支持也几乎没有，找到支持依据的是第三个假设：
渔业生产增加种群动态的不稳定性，能导致在渔业资源存量系统性下降之前所出现的不
稳定的突增和突减。这意味着，如果没有捕捞政策限制资源枯竭，很多有重要经济价值
的渔场将会崩溃。
（Article p. 835; News & Views）


基因调控网络的重新连接（E. coli rewired (Isalan TC)）
Evolvability and hierarchy in rewired bacterial gene networks
要了解基因网络演化背后的力量，我们需要通过构建合成模型体系来验证我们的思想。
此前，大多数系统性遗传操纵都涉及少数几个基因的删除或过度表达。现在，通过系统
性地重排大肠杆菌的启动子和编码区域，Isalan等人实现了对一个基因调控网络的首次
大规模重新连接。他们构建了一组598个基因网络，对其中的主调控因子和转录因子的
各种不同的组合进行了重新连接，使得给指定启动子的输入信号导致了不同转录因子的
表达以及相关的输出。超过95%的转录点交换是无害的，其中很多在几个培养条件下实
际上还是有益的。
（Article p. 840; News & Views）


剪接子复合物的纯化（The splice of life (Luhrman AKA)）
Isolation of an active step I spliceosome and composition of its RNP core
剪接过程（即不想要的内含子被剪掉以生成一种具有确定功能的RNA的过程）发生在一
种被称为“剪接体”的大型RNA/蛋白复合物中。其复杂性妨碍了试图确定剪接所需的核
心成分是什么的工作。研究这一问题的一个先决条件是，对即使在没有附加因素的情况
下也是活跃的剪接子复合物进行纯化。为此，Bessonov等人纯化了剪接反应的两个中间
复合物。这两个复合物之间的差别，为了解催化核心的组成提供了一个重要的、也是等
待已久的信息。
（Article p. 846）


对广义相对论的验证（General relativity spot on (Valtonen LS）
A massive binary black-hole system in OJ 287 and a test of general
relativity
黑洞在天文学上以及在公众的想象中都已成为根深蒂固的概念。然而，这个概念仍然取
决于这样一个假设，即爱因斯坦的广义相对论是正确的引力理论。在一个强引力场中对
广义相对论的验证最好是在含有黑洞的体系中进行。Valtonen等人报告了在类星体
OJ287中由两个人们认为存在的黑洞组成的一个封闭双星体系中所进行的这样一个验证
工作。这个类星体以12年的间隔发生准周期性的光学爆发，在每个间隔中出现两个爆发
峰。最近的一次爆发是在2007年9月，其发生的时间在由双星黑洞模型及广义相对论预
测的时间的一天范围之内。
（Letter p. 851）


量子多体体系中的松弛过程（Relaxation in quantum many-body systems (Olshanii
KS)）
Thermalization and its mechanism for generic isolated quantum systems
在一般性的、隔离的多体量子体系中，非平衡动态预计会导致热化
（thermalization），即松弛到宏观数量的值是静止的状态，这样的状态对于很多不同
初始条件来说是普遍性的，并且用统计力学方法是可以预测的。然而，多体量子力学的
什么特征使得量子热化成为可能的并不清楚，而且有人甚至还提出，统计力学对这样的
体系可能会给出不正确的预测。Rigol等人发现，一个隔离的一般性量子多体体系的确
能够松弛到一个由标准统计力学方法可以很好描述的状态。热化发生在各个本征态
（eigenstates）的水平上，从而使得能够根据关于微正则能量窗口中任何本征态的知
识来计算热均值。
（Letter p. 854）


反铁磁体也有显著的自旋相关效应（Raising the ‘anti’ in chromium (Soh KZ)）
Electrical effects of spin density wave quantization and magnetic domain
walls in chromium
众所周知，一个铁磁体中定向排列的自旋（磁域）能够影响材料的电性，所以域结构的
控制在“自旋电子学”这一新兴领域是操纵电子自旋的一个有希望的途径。人们对反铁
磁体的域结构关注较少，在反铁磁体中，相邻磁自旋方向是相对的，而不是一致的（这
些域没有净磁性，所以难以探测）。现在，Ravi Kummamura 和 Yeong-Ah Soh发现，显
著的自旋相关效应也可在最典型的反铁磁体——铬的电性中看到。因为这些效应至少与
在铁磁体中所看到的一样大，所以它们也许会导致铬的新应用——该材料已经用在集成
电路和磁盘驱动器中。
（Letter p. 859）


生物质燃烧对大气甲烷中碳-13含量增多的贡献（A history of biomass burning
(Fischer JCM)）
Changing boreal methane sources and constant biomass burning during the last
termination
在南极Dronning Maud Land钻取的EPICA冰芯已被用来获取关于整个上个冰期-间冰期过
渡阶段甲烷中碳同位素比的一个记录。这些数据表明，大气甲烷中的碳从同位素比来看
要比在气候较冷的时期重得多。生物质燃烧是碳-13含量显著增多的甲烷的惟一已知来
源，而将富含碳-13的甲烷数据与早先的结果及“盒子模拟”（box modelling）方法结
合起来所做分析表明，因生物质燃烧所产生的甲烷排放在整个冰期结束阶段大体保持不
变，甲烷在大气中的寿命在气候较冷的时期有所缩短，湿地在变暖事件期间是甲烷的一
个重要来源，但在较冷气候条件下并未对甲烷排放做出显著贡献。
（Letter p. 864）


能够选择性进食的一种寒武纪甲壳类动物（A fancy eater (Harvey HG)）
Sophisticated particle-feeding in a large Early Cambrian crustacean
现代甲壳类在进食策略上表现出很大程度的多样性，其证据是它们有各种不同的口部及
附肢组合来处理不同大小和不同形状的食物。然而，在寒武纪的时候，事情却要简单的
多，或者说人们认为是这样的。现在，Thomas Harvey 和Nicholas Butterfield描述了
一种寒武纪的甲壳类动物，在相比之下胡乱进食、形象古老的寒武纪节肢动物中，它能
够选择性地、有效地像虾一样地进食。这种比较大的动物在能够吃颗粒食物的大体型甲
壳类动物大发展之前1亿多年就能够操控细小的食物颗粒，从而凸显了生态环境在推动
适应性辐射方面所起的作用。
（Letter p. 868）


一个人的基因组序列（One man’s genome (Rothberg CG)）
The complete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing
下一代测序技术正在使人类基因组研究发生革命性变化，有望更廉价、更快速地获取基
因组序列。现在，这样一项技术被用来分析一个人的遗传代码中的很多部分，这个人就
是诺贝尔生理和医学奖获得者詹姆斯*沃森（James D. Watson）。该方法不需要克隆基
因组的DNA，它所采用的是最新的454并行测序仪。用这种方法获得基因组序列花费不到
100万美元（用时仅仅两个月），相比之下用传统方法测定Craig Venter的基因组序列
据说花费了大约1亿美元。虽然仍是一项大工程，但可以说是朝着“个性化基因组”及
“个性化医学”的目标又迈出了一步。
（Letter p. 872; News & Views）


原始生殖细胞中的重排及组蛋白取代（Epigenetics: Germ-line reprogramming
(Surani AEc)）
Chromatin dynamics during epigenetic reprogramming in the mouse germ line
研究人员在发育中的原始生殖细胞经历一个涉及DNA甲基化及亲代印迹丧失的重排步骤
时，对它们当中的染色质变化进行了研究。这个步骤对于生殖细胞中全能性
（totipotency）的产生来说起中心作用。重排被发现通过组蛋白伴护蛋白的作用与组
蛋白修饰所发生的变化及组蛋白取代相联系。组蛋白取代似乎发生在DNA去甲基化之
后。
（Letter p. 877）


前后肢成形的控制（Anteroposterior patterning: Sonic hedgehog and digit
formation (Tickle ND）
Integration of growth and specification in chick wing digit-patterning
Sonic hedgehog (Shh)是一种形态发生素，它在发育中的肢芽（limb bud）中形成一个
梯度，控制指/趾身份（digit identity）。在本项研究中，Tickle及其同事发现了Shh
在肢芽中的一个额外的功能，即控制细胞周期调控因子的表达，从而控制生长及确定指
/趾分化梯度活动区域的大小。他们发现，当它们在小鸡肢芽中抑制Shh信号作用时，所
有指/趾前体都形成了前肢结构。相比之下，当它们抑制细胞增殖时，所有前肢结构都
丢失，所有指/趾前体都形成了后肢结构。他们还发现，Shh表达的持续时间由细胞增殖
控制。能够将Shh的指/趾分化功能与其对细胞增殖的控制及指/趾分化区域的扩大脱开
关系，将能够帮助了解先天性及演化性指/趾还原。
（Letter p. 882）


NMNAT被证实具有防止神经退化的作用（Countering neurodegeneration (Zhai TH)）
NAD synthase NMNAT acts as a chaperone to protect against neurodegeneration
异常蛋白聚合是很多神经退化疾病的一个特征。NAD合成酶NMNAT (nicotinamide
mononucleotide adenylyltransferase)已知能够防止果蝇出现诱发的神经退化。现
在，用小鼠所做研究工作证实了NMNAT具有一个防止神经退化的作用，也证实了一个可
能的机制：它充当一个伴护蛋白，帮助其他蛋白折叠成它们的活跃状态。NMNAT的这一
功能是在演化过程中保留下来的，这可解释其普遍性的保护作用，并为确定一种新颖的
治疗方法打开了大门。
（Letter p. 887）


脑神经研究：视网膜轴突目标的确定（Brain mapping: no contest (Bauer KN)）
Retinotopic order in the absence of axon competition
通过利用移植来培育只有一个视网膜神经节细胞发育成眼睛的镶嵌型斑马鱼的方法，
Gosse等人观测到了刺激顶盖（tectum）的这一轴突的投射。他们发现，这些轴突仍然
能够导航到其从局部解剖学上来讲正确的目标上。这一精致的实验排除了竞争是斑马鱼
局部解剖特异性必备条件的可能性。在斑马鱼的顶盖内，密集神经刺激并不是视网膜轴
突确定目标所要求的，但其作用似乎是限制arbor 大小和形状。
（Letter p. 892）


微RNA治疗干预实验（‘Therapeutic’ microRNA (Kauppinen AKE)）
LNA-mediated microRNA silencing in non-human primates
关于微RNA在正常发育及癌症、心脏病和代谢紊乱等疾病的基因调控中发挥中心作用的
认识，促使研究人员提出，它们也许是治疗干预的可行目标。现在，研究人员首次在非
人类灵长目动物中实现了高效的、持久的和可逆的微RNA沉寂。他们给非洲绿猴从腹膜
内注射了一种修饰过的短RNA序列，该序列与一种微RNA（miR-122）结合，并阻断其功
能，而这种微RNA则调控影响胆固醇水平的基因。研究人员观察到，绿猴血液中胆固醇
水平被降低，降低程度与注射剂量有关，没有发现有毒迹象。从这一实验到治疗应用仍
然有很大的距离。微RNA能在细胞中的很多基因上发挥作用，所以可能出现的毒性风险
也是相当大的。