2010年10月21日 Nature 主要内容

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（选自英国Nature杂志，2010年10月21日出版）% z6 g+ u: |7 W, t$ z# l* k9 e6 f

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封面故事：科学在城市发展中的作用1 V" p* u& Y2 U- F
Cover caption
) A6 R9 `- {$ v2 Q7 r世界上一半以上人口生活在城市。这样大的人口密度是世界上一些最大问题的温床，如污染、贫困、疾病和犯罪等。然而，有些时候人类在城市里才能处于最佳状态。正如本期系列特写和评论文章所表明的那样，科学对于城市很重要，城市对于科学也很重要。城市是世界上最顶尖大学的所在地（见第900页），而科学也在帮助解决一些主要的城市问题（见第902页）。如果城市在将来要实现可持续发展，那么很多领域的科学家将需要为此做出重大贡献（见第912页）。关于这个话题的全面介绍见第899页。封面图片提供：Oliver Munday' V# d: j6 A9 o4 Z! p* t# O& i! D

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9 `' Z( e! f( D- Q复杂性的生物能学（The bioenergetics of complexity）
' S! j$ F) N* _  n! c+ BThe energetics of genome complexity
. t6 a+ q; N: Z4 b; g7 A' r自从第一个真核细胞在距今大约40亿年前从原核生物起源以来，原核生物几乎没有表现出要形成更大复杂性的倾向。相比之下，真核细胞构成所有复杂多细胞生物的基础。所有真核细胞要么有线粒体，要么曾经有但后来失去了，所以线粒体和真核细胞的起源也许是同一事件。为什么它如此有优势呢？Nick Lane 和William Martin提出，通过使氧化性磷酸化能在内部膜的很多地方进行，线粒体基因帮助使可以表达出来的基因数量增加了20万倍，同时也使新的蛋白折叠、蛋白互动和调控级联的数量大大增加。（Hypothesis p. 929）0 j' w1 ^; h3 L& b, M' r' p
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* ~2 z. }: y" L/ V4 S红移值 z ≈ 8.6的一个星系被证实（A galaxy at redshift z ≈ 8.6）
  z" p5 @6 \. q8 ~0 L8 lSpectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6
: r  J( y2 ]9 S; e- j+ @- `. @迄今为止，宇宙中已知在光谱上得到证实的最遥远星系处在红移值z ≈ 8.2 和 z ≈ 6.96的地方。现在，Lehnert等人报告，UDFy-38135539 处在红移值 z = 8.6的地方。该星系第一次在“Hubble Ultra Deep Field”的深度“宽场照相机-3”的观测结果中被识别为一个z ≈ 8.6的候选天体，在地基观测结果中关于它发射Lyman-alpha光子的发现使其得到证实。这个单一光源不大可能提供足够的光子，来将让该发射线消失（检测不到）所需体积（的天体）离子化，因此还需要来自其他的、很可能是附近更弱的星系的很大贡献。（Letter p. 940; News & Views p. 924）  J" r! L6 i% t. n7 X# h
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  n; X4 [) |; H8 Z" `% Z. j漫射极光由Chorus波驱动（Chorus waves drive diffuse aurora）& J& V3 F/ q1 m8 V! G
Scattering by chorus waves as the dominant cause of diffuse auroral precipitation7 P+ Q% p& m, r0 L, S
地球的漫射极光（从地面几乎是看不到的）是1971年从Isis-2卫星的图像中作为“卵形极光”周围一个很宽的光环被发现的。漫射极光是高纬度夜间上层大气的主要能量来源，而关于引起为它们提供动力的等离子体层电子的散射损失的机制，多年来一直存在争议。人们曾提出两类截然不同的磁性层等离子波：静电电子回旋加速谐波和由穿过地球磁场的电子产生的“whistler-mode ‘chorus’”波。Thorne等人报告了对卫星波数据所做的一项分析，其结果显示，“chorus”的散射是最强烈漫射极光沉降的主导性原因。（Letter p. 943; News & Views p. 927）
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3 s3 S$ r+ S$ j1 C% Z! L2 P4 y0 u一种新的电泳方法——液晶电泳（Liquid crystal electrophoresis）% W+ W' B5 d9 G% w
Nonlinear electrophoresis of dielectric and metal spheres in a nematic liquid crystal
0 p9 |) [% ?+ g8 J( a2 C- a电泳是指带电扩散粒子相对于一个均匀电场中一种流体的运动。它被广泛用作一种分离手段，经常以水（一种各向同性流体）作为一个直流电场中的载体。现在Lavrentovich介绍了这种方法的一个变种：“液晶电泳”，它在新型显示技术、新颖的分离技术、以及微型电动机等等领域可能会派上用场。这一新方法用一种各向异性流体作为载体，它是一种“向列（线性）液晶”，能让带电粒子和不带电粒子以完美的对称性在交流或直流电场中运动。采用交流电场在一些应用中有实际优势。这种新型电泳是粒子周围液晶趋向的改变引起的，而不是由粒子本身上发生的一种效应引起的。（Letter p. 947）7 W$ H6 W( p: ~! O: d2 B
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蒸发蒸腾与全球变暖的关系（A question of water supply）
  ]5 R+ ], q, |1 eRecent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply8 U5 h/ g. x% G4 l
全球水循环（包括蒸发蒸腾在内）的加速，被认为是全球变暖对地球系统所产生影响的一个关键指标。蒸发蒸腾指的是通过蒸发和植物呼吸的综合作用从地球的地表向大气层运动的水。Martin Jung及其同事利用一种由数据驱动的机器学习方法和一套基于过程的模型发现，在1982年和1997年间，蒸发蒸腾随全球变暖稳步增加。但从1998年以来，这种增加趋势平缓了下来，很可能是南半球（尤其是非洲和澳大利亚）土壤水分供应的局限性所造成的一个结果。至于这是一种自然气候变化的构成部分、还是陆地蒸发蒸腾从长远来讲将会更多受到供应限制的一个气候变化信号，仍然有待观察。（Letter p. 951）
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造成PETM的变暖事件（Two sources of warming for PETM event）) I. b# C) y# [4 `0 Y* x" |! q' p
Continental warming preceding the Palaeocene–Eocene thermal maximum  G! `$ l" _; y' m- F' t
“古新世-始新世极热” (PETM)是一个众所周知的突然变暖事件，发生在距今大约5580万年前，通常被认为是由温室气体的大量释放引起的（很可能来自水合甲烷），如在一次碳同位素大幅度偏移（异常）中所记录到的那样。 Ross Secord及其同事通过对来自美国怀俄明州Bighorn Basin的哺乳动物牙齿进行同位素分析发现，在那次同位素异常出现之前大陆气候变暖大约5 ºC。因此，PETM似乎是由至少两个单独的变暖事件引起的，每个都是由不同过程造成的。（Letter p. 955）
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动植物分布范围随气候变化的变化（Chasing the climate）
) S, ]. J) w) r+ NDemographic compensation and tipping points in climate-induced range shifts
* C( q# [2 t, h0 `1 x! s5 k气候变化预计会改变很多动物和植物物种的地理分布范围，包括它们所处环境的纬度和海拔。然而，很多所报道的分布范围变化都很特殊，即便在分类上相似的物种中也是如此，一个物种分布范围的纬度或海拔低限未必同其高限移动得一样快。Daniel Doak 和 William Morris利用关于冻原植物“无茎麦瓶草”和“高山比斯托草”的种群统计数据发现，在低限上所发生的种群变化速度补偿气候变暖，但这种效应不会持久，当温度再升高时就会达到一个顶点（引爆点）。（Letter p. 959）
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父亲的饮食与女儿的奶糖性差有关（Paternal diet linked to glucose intolerance in daughter）3 E0 s& C7 T% ]* g- F! t9 F: B
Chronic high-fat diet in fathers programs β-cell dysfunction in female rat offspring
8 d* ~' v8 Q3 ]) A儿童肥胖和糖尿病与其父母当中一方的这些状况密切相关，但父亲是怎样对子女的这些状况造成影响的并不清楚。用大鼠所做的一项研究表明，正常雌性与吃高脂肪食物、耐糖性差的雄性所生雌性后代的耐糖性差，因为其胰岛素分泌和胰腺功能受损了。这是在任何一个物种中关于父方的饮食会诱发后代逐渐患糖尿病的第一个研究报告。这项工作凸显了环境诱导的父方因素在影响后代的代谢疾病及肥胖症和糖尿病的流行性不断增加中所起的一个新颖作用。（Letter p. 963; News & Views）
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TLR2将免疫、氧化和血管生成联系在一起（TLR2 links immunity, oxidation and angiogenesis）
7 h+ o: h9 b. s0 H0 bOxidative stress induces angiogenesis by activating TLR2 with novel endogenous ligands
0 A% D. O; x# s* ?+ F) g* U8 d0 N炎症已知会引起氧化压力和新血管的生长，而现在，将这些过程联系在一起的一个分子机制已被发现。脂质的氧化产物（羧甲基吡咯蛋白加合物）是在发炎和伤口愈合过程中产生的。这些产物被发现起Toll-like受体-2(TLR2)的内生拮抗剂的作用，后者通过一个独立于血管内皮生长因子的机制刺激血管生长。这项工作确立了TLR2作为“与氧化相关的分子模式”的一个传感器的新功能，提供一个将炎症、氧化压力、先天免疫和血管生成联系起来的纽带。（Letter p. 972）5 P; k( k& y3 p9 D0 P4 c6 c
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父方X-染色体的早期抑制（Early X chromosome silencing）6 S/ b( B1 y: Z3 A& ?: I  a0 n
Maternal Rnf12/RLIM is required for imprinted X-chromosome inactivation in mice, F4 m# T4 P  l; v. D2 P2 G- j. U
为确保雌性动物不会有多余的X-染色体基因产物，每个细胞中两个X-染色体中的一个会被抑制。在胚胎生成过程中，这个X-染色体失活(XCI)过程的有印记形式，会在胚胎发育过程大约“四细胞阶段”在检测出父方X-染色体(Xp)上有Xist RNA的表达之后选择性地将父方X-染色体抑制。之后，XCI的一种胚胎形式会出现在胚胎本身的发育中的胚泡中，随机地使父方或母方X-染色体失去活性。Shin等人利用小鼠的遗传研究结果发现，“Rnf12/RLIM泛素连接酶”的母方沉积在最初过程的启动中、而不是在之后的随机X-染色体抑制中起关键作用。（Letter p. 977）! Y+ b! A9 K9 E5 `+ t2 h) @
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恶性霍乱弧菌的演化（The evolution of virulent Vibrio cholerae）* b" s) \: f7 e5 f& O
Structure of a cation-bound multidrug and toxic compound extrusion transporter
4 l$ p! j  X" r) h3 P自从上个世纪90年代起人们就已经知道，霍乱弧菌（Vibrio cholerae）中的霍乱毒素基因见于结合的噬菌体CTXϕ中，这个噬菌体位于霍乱弧菌与“toxin-linked cryptic (TLC)”相邻的基因组中，后者是一个功能未知的染色体DNA成分。现在，TLC被发现相应于TLCϕ的基因组，它是一个“卫星细丝噬菌体”，利用第三个细丝噬菌体(fs2ϕ)的形态发生基因形成感染性颗粒。通过重建导致噬菌体DNA被获取的事件和将这些事件与流行性菌种的基因组相对比，Hassan等人建立了一个模型，该模型反映恶性霍乱弧菌是怎样演化为成功的人类病原体的。（Letter p. 982）