2010年6月17日 Nature 主要内容

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（选自英国Nature杂志，2010年6月17日出版）. h& m7 p% i+ X4 C

4 b0 S  n$ \' Z' W9 t
( N2 J5 \3 r1 p- r! V! l封面故事：科学度量体系的科学性问题
3 H6 F1 v4 f+ p: f9 xCover caption
; b) |# c" p4 y+ q科学家今天已经习惯用数字标准来评估他们的表现。“科学度量体系”从上个世纪60年* n# o" q& `' D6 h1 H: C, H
代“科学引文索引”（SCI）的推出起步，此后人们尝试了很多新的评估方法。但度量
. t2 Z2 `: N2 E. O+ Z7 U$ B0 ~体系的应用是否像那些被度量者所认为的那么广泛呢？Nature杂志对全世界的研究机构
% {4 _1 p9 S/ c" a3 T2 \所做的一项调查（见860页）显示，这个问题是复杂的。很多研究人员感觉，研究机构
1 j5 o0 b2 @, h! ?, I% t对“可疑”的度量体系太过信任，尽管很多管理人员提出，个人推荐等传统方法一般要
6 }/ D* M2 [8 y9 Y! P. J- h% c好于数字指标。不过，并非所有度量测试都是一样的，而且如果它们得到改进的话，也
8 s' F; X: n: V% a1 z7 f  S5 a许能够代替旧的方法。Richard Van Noorden报告了现有的大量方法以及它们到底度量1 {! F( `3 b5 ^, C2 ~2 N% M
什么这样一个棘手的问题（News Feature p. 864）。 在一篇“Opinion”文章中，我
! y" O8 {( [, `# D* i4 G们就度量方法可以怎样得到改进的问题征询了6位研究人员的意见（870页）。另请参阅' o2 L# {! B5 ^) d1 y8 B1 c% G3 U1 M
本期“社论”（837页）和网上报道。封面图片：David Parkins。; @) I* m' b& ]0 m

2 @# F4 q, W8 I/ ]) {; V% ^. _, j
! t' T5 r" x+ j' Q1 m+ Q两台望远镜对KBO 55636的观测结果（A second look at KBO 55636）; u, f; d2 s" ~+ s. a8 s$ H
Size and albedo of Kuiper belt object 55636 from a stellar occultation
% A1 V. |: a6 ?* J! Z8 U* ~“柯伊伯带天体”(KBOs)是太阳系中在海王星以外轨道上运行的小型冰质天体，难以进
) \7 v+ Z" E* o3 B/ p行观测。偶尔，这样的一个天体会引起“掩星”现象，这个时候与其结构相关的数据便% }# G9 J; d8 d' u
可获得，其少量特性也可以被推断出来。但2009年10月9日的“掩星”（涉及KBO. _$ z* {. z* G/ Z* o4 W
55636，它是富含水冰的Haumea KBO碰撞家族的一个成员）却是一个里程碑式的事件，
0 ?+ C( ?+ s0 D  K0 b将关于KBOs的观测天文学研究推向了一个新高度。在对明亮的KBOs进行几年跟踪之后，+ P4 z" {6 t' T% ]8 X0 K
便有可能预测一次即将发生的“掩星”，并让若干天文望远镜对准其方向。尽管天气状
2 E% y( i+ O+ P况变化无常，并且还有影响观测的其他因素，但仍有一台以上（事实上有两台）独立的# X7 W) U( S3 F/ w
天文望远镜能够观测到这次“掩星”。由于有两个不同的视角，所以可以计算出更准确9 v0 w; v; |: r+ U
的数字：KBO 55636的平均半径为143±5公里，其几何反照率在V-带中约为0.9，这说明
. P3 B& G" S& W( n- d: g它比以前所认为的要小，而且同其母天体一样，也具有高度反光性。它的动态年龄说6 \1 o6 Y! u( I/ U, S0 h. p
明，要么KBO 55636有一个主动表面修复机制，要么新鲜水冰可以在太阳系外层存在数5 }9 X% E1 M% A
十亿年。（Letter p. 897; News & Views）
% Y# U* [6 _/ x- l! S/ S5 @  B, a4 o& Z' y; h& F6 c: h& K
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Skyrmion晶格的真实空间图像（Magnetoelectric skyrmions）
, Q/ H$ u0 T( @" g' `Real-space observation of a two-dimensional skyrmion crystal
; ^  P2 c4 b& Q0 eSkyrmions是稳定拓扑质地，具有与粒子相似的性质，它是一个最初用来描述核粒子的
0 u2 F5 D, |' [0 O8 F- ^" g数学概念，但过去十年却在从微观到宇宙的所有尺度上都得到了应用。事实证明，
0 L* {. W$ @- u" PSkyrmions对于描述磁体中新颖的自旋构形尤为有用，而且去年Skyrmions在磁性化合物" H2 J- _% C8 H) v
MnSi 和 Fe1-xCoxSi中的存在也通过中子散射实验得到证实。现在，Yu等人利用透射电
1 ^6 i5 u% b9 f" O+ p子显微镜获得了后一种化合物的一个二维skyrmion晶格的真实空间图像，其形式为涡旋
, M0 W9 S) F- w7 ~自旋结构的一个六边形排列。该晶格被发现在一系列不同温度和磁场下都是非常稳定2 t2 A+ g# b' J
的。本文作者们猜测，所观测到的纳米尺度的自旋拓扑也许会导致有趣的、新的电磁效
6 h- `! L, X0 A) O1 W- s7 J6 \9 P应的发现。（Letter p. 901; News & Views）1 e) M# X+ z$ A1 b! j

( A) o6 n9 J# y8 {* e' a- K" l5 x5 ~( |1 v0 B8 s- l0 o2 [
相干控制与单分子检测的结合（Ultimate control）
  L8 p6 K& ~0 o: g1 oVisualizing and controlling vibrational wave packets of single molecules1 X2 j, |9 D' H3 K4 e, P
在过去几十年，两种方法改变了研究人员研究分子过程的方式：通过用有形激光脉冲操
" y# {4 D# ~3 ^# g& k" E  n2 {. Z8 N纵量子干涉效应来对动态过程进行相干控制；单分子检测。现在，Brinks等人发现，这4 O0 E! A" l3 U6 _. x& C! c, S
两种方法可以结合起来，这样不仅能够在室温条件下对单个分子中的振动波包干涉进行
  q0 R$ N$ R- l4 {- V9 x: L3 C观测，而且还能对其进行操纵。单分子方法确保能够实现最大程度的相干控制，这将有
" z4 [1 q3 Q/ x2 d9 K助于揭示分子功能的细节，以及揭示它会怎样被“集光复合物”、光活性蛋白、共轭聚* Q# ?. ~- H2 N) q4 J3 H2 V
合物和金属或金属有机杂合纳米结构等诸多系统中的动态所影响。（Letter p. 905）
6 r. ^( i0 X9 R/ b+ y( Z$ T( ~. R* z/ D- T; J3 s
9 V! e4 r9 q9 I2 E) ^
硫酸盐形成的特定氧化通道（Alkalinity etched in the rocks）: U9 ^5 O  Y1 u6 }4 X
Massive volcanic SO2 oxidation and sulphate aerosol deposition in Cenozoic
, I* [3 t6 L8 B9 P1 ~& }- `) ?North America
: s# f- H" x$ e, J9 B在火山喷发过程中排放出的二氧化硫被氧化成硫酸盐，并可进而形成硫酸盐气溶胶，后- D3 t$ g; C0 E4 ?8 g
者能影响地球的辐射平衡。Bao等人利用对保存在岩石记录中的大气硫酸盐进行硫和三* O; c' I# g5 W" [
氧同位素测量，来研究硫酸盐形成的特定氧化通道。他们发现，在新生代中期（距今) p* i6 Z4 l% T5 k# `8 i. ^  w
3400万至700万年前）在北美洲高平原北部，曾经发生7次与喷发相关的硫酸盐气溶胶沉& C6 }% W0 b* d6 Z
降事件。在这些沉积物中所发现的在同位素上不相关联的硫酸盐可能只是在碱性云水中
& _( x0 ~9 A; D" F" J产生的，这种云水有利于在对流层中形成一个由臭氧支配的二氧化硫氧化通道。这表
! P+ S0 k2 V6 r$ |6 s明，与今天的弱酸性条件不同的是，那个地区的云水在新生代中期经常是碱性的。
6 U3 I* g1 A9 \5 f5 W6 ~; b（Letter p. 909）4 p6 t' _4 G- p7 K

8 l" ]) L2 m9 ?0 n/ f+ X
- |9 h# ^( p* T+ [' h. S物种生态互动的遗传性（Ecological interactions）
) ^1 E: }4 _8 |9 b5 |Ecological interactions are evolutionarily conserved across the entire tree0 T0 `7 t. ?  i4 W3 ~9 K0 [, s
of life7 E. t1 e3 J/ f2 i' Q1 ]( f* P9 o
调控物种互动的特征在很大程度是遗传的，所以认为亲缘关系较近的生物比亲缘关系较* t+ L; y, S0 H' N) Z
远的生物更有可能有相似的生态互动似乎是符合逻辑的。有关这一关系已经进行的研究
8 K" d+ j3 M; N. r. [/ }* @工作很少，而且少量这样的研究也往往关注专门化的生物，如寄生虫或食草昆虫。对包- V% L$ |! m; x& R# u
括专门化生物和非专门化生物、无细胞生物、单细胞生物和多细胞生物在内的各种不同
! F5 I! i: N9 L7 R, f& _2 B+ K, N& c互动类群（包括所有互动类型）中的宿主利用方式的演化所做的一项 新的分析，支持4 Q2 c0 t; [. U2 R
认为所有物种的生态互动都具有遗传性（即在演化过程中被保留了下来）这样一个观8 Q6 V1 ~5 C- B; b9 d. l
点。同样规则似乎也推动着大多数生态互动的演化，并且对于地球生物多样性的组织也
# X2 X, l+ @+ b% M7 H有很大贡献。（Letter p. 918）# |, p$ y# o( m/ r
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2 g6 J) i+ A- S2 {" U# K
极为缓慢的蛋白演化过程（Proteins in the slow lane）) l5 r' I% c# [# X5 M# ]0 I
Sequence space and the ongoing expansion of the protein universe" v5 P6 O% k: D5 k- Z! K
蛋白演化只是在缓慢地发生，因为大部分氨基酸替换都可能是有害的，而且选择性将有- x) w$ D5 @% a" E
利于功能的保持。Inna Povolotskaya 和 Fyodor Kondrashov试图搞清楚这个过程到底9 v, T# a" v3 ^8 x
有多慢，他们的办法是，提出这样一个问题：古老的现存蛋白——即那些存在于“最后
* J" `% k; y3 c普遍共同祖先”(LUCA)身上的蛋白——是否在继续从先祖序列分化？他们所采用的方法
0 s: T4 s& I; d7 J: f6 M是Edwin Hubble在其关于宇宙中星系退行的研究中所用的方法，其结论表明，现存蛋白/ h5 F( u: s4 M/ [0 J$ a
序列仍然在从相互之间扩展，因此也在从共同祖先扩展。分化的速度是非常慢的：35亿
0 c6 Y$ I; t4 |年左右，因为LUCA的时间还没有长到达到序列分化极限的程度。这种缓慢性是序列空间
2 }0 k" k. w1 W; l7 ]) d/ y3 Z3 j8 s中的功能性蛋白序列稀少以及蛋白适应性非常强所造成的：98%的点不能在一个给定的
% x( Y2 I* I) l6 c3 i9 {; i! ?时刻接受一个氨基酸替换，而当其他互补性变化发生时，大多数点最终会被允许发生演
4 Y) a5 M+ T6 h; x. W8 d1 i化。（Letter p. 922）1 \5 ~  C/ y( R' }& \) V
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9 v' I( G9 o4 R9 V8 u! i减少SLE治疗中强效免疫抑制药物用量的方法（Corticosteroid boost in lupus）
/ X. b, I! H$ U' f/ K+ V4 `TLR recognition of self nucleic acids hampers glucocorticoid activity in
6 z* p8 ^2 ]6 Q- a5 c& u# Alupus. \6 [7 S7 R+ {1 ^3 s
“系统性红斑狼疮”(SLE)是一种自免疫疾病，在这种疾病中，对自身核酸的先天耐受, }% U1 o8 N, e# N3 i' L6 ?, b. W" z: X5 d
性被破坏，产生毁灭性后果。近年来在治疗方法上取得的进展非常少，患者大部分仍用; N+ D+ ~5 ]7 o
高剂量糖皮质激素等强效免疫抑制药物来治疗，经常引起严重副作用。事实上，红斑狼
0 ^  a% ]9 w, O0 ]1 i疮患者所需要的糖皮质激素剂量要比在如风湿性关节炎等其他自免疫疾病中所需的剂量* K6 S8 H3 v# j1 x% ~
高得多。现在，对糖皮质激素的这种低敏感度的一个可能的解释已被发现。在SLE患者
" r2 H) E- r. s$ U6 W中，Toll类受体TLR7和 TLR9（先天免疫中的关键成分）识别B细胞和“浆细胞样树突状, r# o, |" b7 z
细胞” (PDC)上的自体核酸。现在研究发现，在SLE患者和易患红斑狼疮的小鼠中，用- z( K" @5 I: u  P6 Q7 G
TLR7/9刺激PDCs会降低糖皮质激素的免疫抑制功效。这表明，TLR 7/9信号作用的抑制
2 c( U8 K" r, d3 g9 R% P/ L3 a药物，如被称为“免疫调控序列”(IRSs)的新的一类寡核苷酸，有可能会被证明是有效& K0 k" s* |0 Z' t' [: k
的、可减少皮质类固醇用量的药物。（Letter p. 937）
" |7 ?& Q% C. U+ l& J/ \+ O/ `! B+ M/ f/ d! Q+ Q; ?7 C

8 A* s: [  @. o' w9 N$ V' c3 @" C( N“终止密码子”终止mRNA的方式（How stop codons stop mRNA）* A% o9 h$ L2 e. F4 a3 Q4 _
Principles of stop-codon reading on the ribosome
% X5 [6 k3 g1 w$ P蛋白合成的终止在细菌中能以很高的保真性实现，这个时候mRNA上的“终止密码子”与* U2 }7 v3 G6 j/ v
释放因子RF1 和 RF2结合，而不是与另一种带有一个氨基酸的tRNA相结合，同时一个新9 R. q( k$ w8 X4 m- g
合成的蛋白被释放出来。随着最近几种终止复合物的晶体结构的发表，现在有可能对9 S0 s& l2 ]! I, f$ ~9 M
“终止密码子”能量状态的读出结果进行计算分析，同时搞清释放因子结合的这种高准1 n1 J; V- [: }( [
确性的起源。对14种不同终止复合物进行的分子动态模拟显示，“终止密码子”的读出6 h) U! j' H+ I4 c! W: w: y
结果取决于几个以前没有被识别出的互动和识别开关，这些开关不能用三肽反密码子9 E  f3 k+ n8 @. i1 K1 Y# j. E
“tRNA mimicry”模型来描述。（Letter p. 947）