Science中文摘要12 September 2014

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Science Vol.345 no.6202，12 September 2014

人群差異影響人類T細胞激活的自身免疫遺傳
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1254665.abstract
DOI:10.1126/science.1254665

T淋巴細胞在抗原環境下被激活，以適應免疫應答和免疫病理學，但是我們對T細胞在人群中的變異以及它的遺傳和環境根源知之甚少。我們分析了被無偏激活的CD4+ T細胞或輔助性T細胞17（TH17）的基因表達，這些細胞來自歐洲、亞洲和非洲人後裔的348個健康個體。我們觀察到個體差異，最顯著的是細胞因子的轉錄，其與祖先來源密切相關，而且遵循比TH 1/2/17分層更複雜的模式。我們發現了39個特定遺傳位點，與激活基因表達順式相關。我們進一步精細定位和確認了一個單鹼基突變，其不僅調控YY1結合位點，而且調控自身免疫相關基因IL2RA的增強子元件活性，後者在激活的T細胞而不是調節性T細胞中起作用。因此，個體差異影響了輔助性T細胞激活的基本免疫過程，這和自身免疫疾病有重要關係。

對遠紅外光下藍藻光合器的全面建模
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1312.abstract
DOI:10.1126/science.1256963

藍藻在進行產氧光合作用方面在原核生物界是獨一無二的，當然，這句話還常常跟它們能固氮以及它們是許多生態系統中的主要生產者一起說。瘦鞘絲藻屬中一個藍藻物種的JSC-1菌株對遠紅光表現出光適應性的應答，其中包括葉綠素d和f的合成。在遠紅光適應過程中，約900個基因的轉錄水平增加超過兩倍，約2000個基因的轉錄水平下降超過一半。光系統I、光系統II和藻膽體中的核心亞單位都被由21個基因組成的基因簇合成出來的蛋白所代替，如無結的紅光/遠紅光光敏素和兩個應答調節因子。這種適應性應答增強了藍藻對波長與生長燈（λ = 700 to 750納米）互補波段光的吸收，從而增加了其在遠紅光下的放氧量。

高強度、輕質量、可恢復的三維陶瓷納米晶格
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1322.abstract
DOI: 10.1126/science.1255908

陶瓷有著所有材料中最高的強度與剛度-質量比，但作為結構材料並不是最優選擇，這是因為它們太易碎，並且容易產生缺陷。科學家最近發明了一種由納米陶瓷組成的結構超材料，同時具有超輕、高強度、吸能等優點，並且可以在超過50%的張力擠壓後恢復原來的形狀。中空管狀的鋁納米晶格經過雙光子光刻、原子層沉積與氧等離子體蝕刻技術製備出來，壁厚為5-60納米，密度為6.3-258kg/m3。擠壓實驗表明，調整優化壁厚與直徑的比值可以減小材料的脆性，增強彈性和屈曲能力，從而使這種材料有了柔軟的形變能力和恢復能力。

金屬氧化劑介體幫助電解水氫氣脫耦
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1326.abstract
DOI: 10.1126/science.1257443

使用可再生能源電解水一直是人們積極追求的可持續制氫途徑之一。研究人員發現，用一種可回收利用的氧化還原介體（矽鎢酸）可以促進由水氧化而得的低壓氧氣脫離，因而具有催化性的氫氣不需要任何能量就能自動逸出電解器。這種方法迴避了電解池內高壓氣體的產生（這是膜降解的主要原因），同時也解決了低電流密度下生成氣體跨越陰陽極區這一可再生水電解設備常有的問題。研究表明，在同樣的鉑載量下，鉑催化系統產生純氫氣的速度是最先進的質子交換薄膜電解器的30倍以上。

固體缺陷中軌道的超快光學控制與自旋動力學
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1333.abstract
DOI:10.1126/science.1255541

半導體中原子尺度的缺陷很有希望成為量子器件的基本組成部分，但我們對那些部位的電子結構、光學作用，以及耗散機理等仍知之甚少。科學家使用皮秒雷射振蕩脈衝，研究了鑽石中單個氮空位中心在6個數量級時間尺度的相干軌道與自旋動力學，還開發出一種時域量子斷層攝影術，以精確繪製缺陷處的激發態哈密頓函數，並利用激發態動力學來用光學脈衝控制基態自旋。這些技術都可以延伸到其他光學可控的納米尺度自旋系統，並能夠成為標記與控制自旋量子位的有力工具，在將來的量子技術中有著廣闊的應用前景。

鐵磁薄膜與納米結構的全光學控制
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1337.abstract
DOI:10.1126/science.1253493

利用光與磁的相互作用，我們可以用光來探測磁性材料。而現在的關注焦點則在於如何用偏振光來改變或操控磁性物質。在本篇論文中，研究人員介紹了對各種鐵磁材料進行光學控制的方法，包括磁性薄膜、多層材料，甚至用於超高密度磁記錄的顆粒膜。結果表明，對磁性材料的光學控制遠比人們之前認為的更加普遍，而光學控制與鐵磁位的結合，又能給數據記憶和存儲工業帶來革命性的改變。

日常生活中的道德
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1340.abstract
DOI: 10.1126/science.1251560

道德科學很大程度上依賴於控制良好但屬人為的實驗室環境。為研究日常道德，我們使用生態瞬時評估法（ecological momentary assessment）在一個大型樣本（基數為1252）中對道德或非道德的行為和經歷進行多次評估。道德經歷出乎意外地頻繁且種類頗多。研究發現，自由派和保守派強調的道德維度有所不同，而宗教人士與非宗教人士作出虔誠的道德和非道德行為的可能性或性質並沒有不同。道德或非道德行為的目標對幸福的影響最大，而道德或非道德行為本身對目的性的影響最為顯著。對日常動力學的分析揭示了道德傳染和道德許可效應的存在證據。總而言之，深入探究日常道德經歷的前提、動態和結果可能會有助於道德科學的建設。

新熱帶區農業體系中鳥類系統發育多樣性減少
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1343.abstract
DOI: 10.1126/science.1254610

棲息地變遷是導致生物多樣性減少的主要原因，然而，對於棲息地的變化是如何在宗系之間產生差異，從而重構生命之樹，我們卻知之甚少。研究人員將完整的鳥類種系發展史與一項對哥斯達尼加鳥類長達12年的調查（作了118127次觀察，涵蓋487個物種）相結合，該調查分別在以下三種土地用途中進行採樣：森林保護區、多樣化農業體系以及密集型單種栽培地。多樣化農業體系中鳥類的進化史比密集型單種栽培地多6億年，但又比森林保護區少3億年。相比目前擁有許多近親的鳥類而言，特殊物種無論是在多樣化農業體系中，還是在密集型農業體系中，滅絕概率都比在森林保護區中更高。因此，森林對維持生命之樹的多樣性至關重要，但多樣化農業體系或許可以緩解種系多樣性急劇減少的趨勢。

海洋微生物在中立型代理模型中的生物地理格局
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1346.abstract
DOI: 10.1126/science.1254421

在生態學與進化中的一個關鍵問題就是：自然選擇和中性進化在影響生物地理格局的過程中相對關係如何。研究人員模擬了10萬個獨立的海洋細菌細胞（含有100萬對基因組）在全球海洋表面環流模型中的分裂與突變，並以此量化了中性過程的重要意義。模型模擬時間達10萬年，輸出結果由BLAST（局部序列排比檢索基本工具）校準，並對宏基因組片段進行了補充分析。模擬顯示：生物地理格局的產生和維持在不同的亞區各不相同，受到周圍環境（聯合）的混合性、階段性影響，此後中性進化重建了這些亞區，並整頓了生物地理格局。 這種自然發生的突發情況是很常見的（在太平洋北部和中部省份99.5%的DNA具有一致性）。這表明，雖然海洋環流會衝散微生物，但是微生物的進化更快。該方法也可以用於探索環境選擇。

感覺運動學習中對錯誤的記憶
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1349.abstract
DOI:10.1126/science.1253138

目前關於運動學習的主流觀點表明，當我們重新討論一個任務時，大腦就會想起之前學習過的運動指令。在這一觀點中，運動記憶即通過反覆試驗和不斷強化從而獲取的運動指令的記憶。分析顯示，大腦可以控制自己是否通過一種依賴於過去錯誤的原則性機制來從當前錯誤中吸取教訓。這表明大腦儲存了我們之前不知道的一種記憶，即錯誤記憶。從數學角度來闡明這一觀點可以幫助人們理解大量我們之前所不能解釋的數據，包括存儲量和元學習（meta-learning），還證實了我們之所以能更加出色地完成運動任務，其部分原因是大腦識別出了此前經歷過的錯誤。

黃色素細胞可改變斑馬魚條紋
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1362.abstract
DOI:10.1126/science.1254837

成年斑馬魚身上相互交替的藍色和金色條紋是由三類色素細胞組成的，即黑色素細胞、黃色素細胞以及銀色素細胞。我們使用長期延時成像技術（long-term time-lapse imaging）分析了在條紋形成時期斑馬魚體內黃色素細胞的發展變化。新生的黃色素細胞在變態之初就會開始激增，因而發育成熟後可以在黑色素細胞和銀色素細胞到來之前覆蓋魚體。黃色素細胞自行壓縮後密密麻麻地覆蓋住形成交叉條紋的銀色素細胞，同時還會在條紋中的黑色素細胞上產生一個鬆散的星形結構。因此，既受銀色素細胞吸引，又能驅除黑色素細胞的黃色素細胞便可以影響斑馬魚的條紋顏色。這些細胞的不同行為可能會導致斑馬魚身上出現多種顏色模式。

環節動物軸索的發育研究：探尋脊索的進化
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1365.abstract
DOI: 10.1126/science.1253396

關於脊索動物起源的爭論已經持續了一個多世紀，其中的一個關鍵問題就是脊索的出現。在脊椎動物中，脊索通過脊索中胚層的匯聚和延伸發育而成，脊索中胚層是一群有著特定分子身份的中線細胞。我們在無脊椎海洋環節動物褐片闊沙蠶Platynereis dumerilii 的發育過程中發現，一群中胚層細胞向中線匯聚和延伸，並且表達了脊索發育相關的一系列基因。這些細胞分化成縱肌，軸索，位於中樞神經系統和軸向血管之間，分泌一種強膠原細胞外基質。祖先狀態的重構表明，收縮性中胚層細胞在兩側對稱動物祖先中存在。我們認為，這些細胞通過空泡化和硬化，最終產生了脊索動物的脊索。

基因組監測數據闡釋2014伊波拉爆發的源頭和傳播過程
http://www.sciencemag.org/content/345/6202/1369.abstract
DOI:10.1126/science.1259657

伊波拉病毒在非洲爆發，並蔓延至幾內亞、利比亞、獅子山和奈及利亞。研究人員選取了來自78個獅子山患者的99例伊波拉病毒進行測序，測序深度高達約2000×。我們觀察到病毒在宿主間和宿主體內快速變異，使得研究人員在疫情爆發幾個星期後才識別出病毒傳播模式。本次在西非肆虐的變種可能來自2004年左右的非洲中部， 該病毒2014年5月從幾內亞傳播到獅子山，隨後表現出了持續的人際傳播能力，但沒有找到其他的動物傳染源。許多變異改變了蛋白序列和其他生物學上有意義的位點，因此監測這些突變對伊波拉病毒的診斷、疫苗研究和治療方法具有關鍵影響。

（來自《科學》，丁家琦、李伯勳、王凌翔、易小又、黃安娜、張文韜翻譯）

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