2014年11月06日《自然》杂志精选

超光速

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# b  B" K% L3 J. k0 v& [' P2014年11月06日《自然》杂志精选
; Q+ A% B$ p9 o+ t3 z8 w9 p* u9 j0 }来源：生物360
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$ ~* t3 F7 V. d$ y. U  Z6 s& K& p( b2014年11月06日《自然》杂志精选. E( T8 U: B7 W# }8 h

, D: p8 Y$ l0 j3 j6 o; j封面故事：高效等离子体尾场加速器
: @3 c! g- o" n9 n7 s2 \High-efficiency acceleration of an electron beam in a plasma wakefield accelerator8 @3 Q6 _0 T; Q  N4 j  R# M
本期封面所示为一个高效等离子体尾场加速器的模拟图，具有两束结构的一个电子束从左上向右下穿过等离子体。利用由无线电波产生的电场在高能前沿工作的粒子对撞机从大小和成本来说正在接近可行性的极限，但还有其他加速方法可以用来建造这种费用较低、尺寸较小的装置。等离子体尾场加速器(在其中，一个电子束通过让其在被另一个电子束激发的一个等离子体波上“冲浪”而被加速)有望能够在仅仅几厘米距离内实现千兆电子伏特级别的能量增益，这样一个能量增益若用传统加速器则需要几百米距离。以前，这种方法只被用来每次加速数量非常少的电子。现在，在美国SLAC国家加速器实验室的“先进加速器实验测试装置”(FACET)工作的研究人员，以对于一个等离子体加速器来说前所未有的效率实现了一次对大约5亿电子的加速。这一成果可以说是用于从高能物理到医学和工业应用的费用可承受、尺寸比较小的加速器的开发中的一个里程碑。封面图片：由加州大学洛杉矶分校的Weiming An和 Frank Tsung利用QuickPIC模拟和 VisIT可视化软件做成。（doi: 10.1038/nature13882 & doi: 10.1038/515040a）' d+ }; l( ?- T/ q7 R. @

* z: {' E/ @" e# Q哺乳动物 “complex I”的结构
+ F/ V- Q" B: I/ q! }Architecture of mammalian respiratory complex I9 j4 T2 i  }' N' u- L% Y
线粒体电子传递链的第一个酶，即complex I (NADH:ubiquinone oxidoreductase)，将从NADH 到ubiquinone的电子转移与穿过线粒体内膜的质子转位耦合起来，导致ATP的合成。这篇论文报告了以 5 分辨率获得的来自牛心脏线粒体的complex I的电子低温显微镜结构。哺乳动物的这种酶要比以前发表的来自低等生物的complex I的结构大得多。作者确定了44个亚单元中28个的结构——14个保守的(核心)亚单元和14个哺乳动物特有的亚单元。（doi: 10.1038/nature13686）: ?3 v+ r0 D  J, n+ J, s( l% L9 [

! \# M' X1 Q4 U细菌细胞通过牺牲个性来演化
& N( C9 r. f  o1 P5 R' R6 cLife cycles, fitness decoupling and the evolution of multicellularity
, t% l% ?! i9 B- ?$ ^. q! v9 q多细胞生物是从单细胞祖先演变来的，这是一个一定涉及很大合作程度的过程，也要求在不可避免会从合作群体内部出现的破坏性欺骗型细胞存在的情况下具有相当大的稳定性。因此，多细胞生命的演化涉及选择水平从个体到集体的一个变化。Paul Rainey及同事繁殖了名为“荧光假单胞菌”的细菌的简单合作世系，它们是通过要么接受、要么清除欺骗类型存活下来的。接受欺骗类型的世系具有一个由交替表现型状态构成的生命周期(它让人联想到一个发育开关)，这个生命周期要求集体的适应性与成员细胞的适应性脱钩。这样的生命周期具有复杂多细胞生命的出现所需的特点。（doi: 10.1038/nature13884）
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Cascade的结构阐明了DNA识别方式
4 n( A; [7 H: g/ o. ]Nodal signalling determines biradial asymmetry inHydra
# F' c2 Q/ q9 l8 G# z$ m大肠杆菌Cascade免疫监督复合物含有五个蛋白，即CasABCDE，它们沿一个CRISPR RNA (crRNA)分子聚集，共同形成 CRISPR/Cas系统的核心复合物。现在，王艳丽及同事获得了这一由405-kDa RNA引导、结合到crRNA上的复合物的晶体结构。crRNA 间隔区(spacer region)顺着一条沿六个CasC亚单元的沟槽路径。来自这六个CasC亚单元中五个的一个hairpin finger插入crRNA碱基堆集内，造成一个碱基失控。crRNA 间隔序列(spacer)以这种方式在功能上被分成五个相等的部分。具有种子序列的碱基朝外，从而说明了目标DNA是怎样被识别的。（doi: 10.1038/nature13666）
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6 P% s) B7 Q; O7 q! _胚胎怎样将细胞组织到一起# [# C! E) k' p3 [2 k# K
Luminal signalling links cell communication to tissue architecture during organogenesis/ _" M4 k9 P' _+ g0 s
发育中的胚胎通过细胞群的协调分化来组装复杂组织和器官，这是一个取决于非常高效的细胞通信的集体过程。生长中的组织内的细胞怎样对决定它们命运、分泌到细胞外空间中的成形素施加控制一直不清楚。Darren Gilmour及同事利用活体成像发现，斑马鱼发育中的侧线系统内的细胞在共享的微环境或微腔中来排列它们自己，使得信号(如成纤维细胞生长因子, FGF)在一些区域比在其他区域更集中。这使得附近的细胞能够根据它们的位置做出协调反应，这样一个反馈过程反过来又会影响细胞的排列和推动进一步的发育。（doi: 10.1038/nature13852 & doi: 10.1038/nature13933）: P% O2 L. b( W( K5 m

9 F0 j7 R, {( i+ YCCL2/白介素-6抑制剂的抗癌作用7 ]: T9 J4 w- M- a
Cessation of CCL2 inhibition accelerates breast cancer metastasis by promoting angiogenesis
! Y% |5 h. l6 A8 x9 ?; J* S炎性单核细胞以前被发现能够通过分泌如CCL2等细胞因子来渗透和促进转移瘤的生长。这曾导致以下发现：中和CCL2或阻断其受体CCR2也许会有治疗作用。然而，在一个乳腺癌小鼠模型中，Laura Bonapace 等人现在发现，与未治疗的病变相比，抗-CCL2疗法的中断不仅会使疗效停止，而且会加速肺转移瘤的生长和动物的死亡。这是由于骨髓单核细胞吸收量的猛增和肺转移瘤环境中依赖于白介素-6的血管化的增加。虽然这些发现说明对单独使用抗-CCL2药物需要谨慎，但作者也证明，将抗-CCL2疗法和抗白介素-6疗法相结合，在一个小鼠模型中能减少癌转移和提高存活率。（doi: 10.1038/nature13862 & doi: 10.1038/nature13931）6 s3 ]$ ]5 Y/ V$ v' G- c+ a

7 d$ I4 D6 }& ^- x7 W' A在一起能够生长更好的植物- j7 t; I! Q% C' D( f' F2 }
Selection for niche differentiation in plant communities increases biodiversity effects
5 C( g; G8 x) N& E; C) x更加多样化的植物群落经常更稳定和更高产，这是一个会随时间推移而增强的效应。在这篇论文中，Debra Zuppinger-Dingley 等人对演化在这一生态现象中所起作用进行了研究。他们利用具有不同的最近演化历史、在混合物种群落中或单一栽培状态下生长的植物(包括禾草、草药和豆科植物)来建立新的生态群落。生态系统功能和形态特征多样性在由混合生长的植物组成的群落中比在由单作生长的植物组成的群落中更大，说明自然群落中的生物多样性效应会随种群适应它们的生物环境而增强。关于小规模演化对生态关系有重要意义的发现，将关于自然群落中物种共存的不同观点统一了起来。（doi: 10.1038/nature13869 & doi: 10.1038/nature13929）. @; V  F1 [* D' c  c; s, J1 T

& F" J8 v- @; _0 C  d3 M  F. q一种新型非对称光催化剂
$ a2 f1 Y& R5 e2 t$ B+ R) NAsymmetric photoredox transition-metal catalysis activated by visible light( m! b2 e* T5 b
化学和制药行业对光活性化合物不断增长的需求，使人们将注意力聚焦到非对称光催化(将可见光“光氧化还原”化学与非对称催化相结合)上，将其作为一种具有潜在经济优势的合成手段。在这篇论文中，作者显示，一种手性铱络合物能充当“光氧化还原”催化的敏化剂，同时还能为 2-acyl imidazoles的对映选择性烷基化反应提供有效非对称诱导。这种新的非对称“光氧化还原”催化剂(在其中，金属中心同时充当手性的惟一来源、催化活性路易斯酸中心和“光氧化还原”中心)为非外消旋手性分子的“绿色”合成提供了新机会。（doi: 10.1038/nature13892 & doi: 10.1038/515045a）
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通过溶液法制备的高效LED- U6 {$ W! d* ?3 e
Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots1 |1 P. K1 e, U7 o. o
发光二极管(LED)是很多现代显示器技术和固体照明技术的基础。能够从溶液制备的LED尤其具有吸引力，因为它们具有在各种不同基质上进行低成本、大面积制造的潜力。通过溶液法制备的二极管一般来说没有通过真空沉积法制备的二极管效率高，但现在Xiaogang Peng及同事显示了器件架构的微妙变化何以可被用来增强通过溶液法制备出的量子点LED的性能表现。通过将一个绝缘层插入用溶液法制备的多层LED，作者做到了使其性能可与真空沉积法制备的最先进有机LED相比，同时又保持了溶液法的优势。（doi: 10.1038/nature13829）
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平流层氯库水平上升
1 K% \2 z% S% R0 z5 h3 L3 T5 sRecent Northern Hemisphere stratospheric HCl increase due to atmospheric circulation changes
; }- N4 z: B1 m4 ~8 [《蒙特利尔议定书》(1987年的联合国协定，该协定限制破坏平流层臭氧层的含氯和含溴的主要卤烃的使用)导致主要平流层氯库“氯化氢”水平的降低。这篇论文报告了北半球氯化氢水平最近的上升。在一项模型研究的帮助下，作者将该现象归于北半球大气环流(该环流输送老化空气，这种空气将氯来源气转化成平流层下部的氯化氢的比例较大)的短期减速。氯化氢水平的上升并不是由来自含氯来源气的不明排放造成的，同时从长远来讲《蒙特利尔议定书》也将继续导致平流层卤素在总体上的降低。