封面故事:意識和思想是怎樣產生的?
對腦功能的研究往往是在特定任務過程中或在對特定刺激的響應過程中來測定腦活動。然而腦的時間和能量的大部分都沒有用於這些活動。現在,對猴子大腦進行的功能性核磁共振成像研究表明,大腦在不斷地通過一種以前與感覺、運動或認知等現象聯繫起來的活動類型的精緻的、分布式的模式進行循環。這種波動即便是在由麻醉誘導的無意識過程中也是存在的,並且與其背後的解剖連接的模式是相對應的。這些神經迴路可能代表著使感知和思想成為可能的深層結構。有趣的是,猴子和人類在這方面的模板是相似的(但並不是相同的),說明這種功能組織方式是演化過程中在所有靈長類動物中都保存下來的。本期封面圖片是美術家John W. Campbell所創作的反映產生意識的神經網絡之間動態的畫作(是一幅通過數位技術修改過的膠彩畫)。
科學家確定112號元素化學性質
112號元素是1996年在德國達姆施塔特的重離子研究實驗室發現的。10年過去了,現在它的一些化學性質已經被確定。用強鈣-48粒子束對鈽-242照射3個星期,產生了2個112號元素的原子(該元素尚未正式命名,但通常被稱作Ununbium),如果你的動作足夠快的話,這2個原子已足以讓你做某種化學研究。在化學上,Ununbium表現為元素周期表中一種典型的12族元素(在這一族中還有鋅、鎘和汞等元素)。它的揮發性非常強,能與一個金表面形成一種金屬鍵。
PTC124藥物用於治療某些遺傳疾病的臨床試驗
很多遺傳疾病是由一個信使RNA(mRNA)向蛋白質內轉錄過程中的過早終止造成的,肌營養不良症就是這樣一種疾病。現在,Welch等人報告,一個名為PTC124的小分子能使這一轉錄「機器」繞開會引起過早終止的點,但仍會在mRNA的端點正常終止。在人體和小鼠細胞中,該藥物能恢復在肌營養不良症中發生突變的基因的正常轉錄,它在該人類疾病的mdx小鼠模型中還能恢復肌肉功能。這項工作為也許可用於以無用突變為作用目標,並在各種不同的疾病中恢復蛋白功能的類似藥物提供了希望。PTC124目前正在進行治療肌營養不良症和囊性纖維瘤的臨床試驗。
「光系統-I」的X-射線晶體結構及成分
被稱為「光系統-I」的蛋白超級複合物在聚集能量方面是一個「明星」:它是自然界最高效的光—化學機器,它所吸收的幾乎每個光子都被用來驅動電子的傳輸;而且作為植物、綠藻和藻青菌中普遍存在的光聚集器官,它為地球上幾乎所有高等生物提供能量。現在,植物「光系統-I」的X-射線晶體結構已經以3.4?魡的解析度被確定,從而顯示了這種超高效率背後所存在的高度複雜性。從豌豆植物中分離出來的該複合物包含17個蛋白亞單元、168個葉綠素分子、2個葉綠醌分子、3個Fe4S4簇和5個類胡蘿蔔素分子。
火星地表下不同地方冰層深度各不相同
理論模型預測,火星地表下水冰處於穩定狀態的深度,將因巖石和坡度等局部地表特徵以及水層之上地面的熱慣性而有所不同。到目前為止,測量工作僅限於由搭載在火星「奧德賽」飛船上的X-射線光譜儀在幾百公裡的範圍內進行整體觀測。現在,Joshua Bandfield利用火星地表的季節性溫度變化數據(來自「奧德賽」飛船的THEMIS儀器)在小於一公裡的尺度上對水冰的分布進行測繪。結果顯示,在定於今年晚些時候發射的火星「鳳凰號」飛船的幾處潛在著陸點上存在明顯的區域和局部水冰深度變化。「鳳凰號」著陸器的機械臂將能夠挖進土壤中半米左右的深度去搜索水冰,而現在的這些觀測結果表明,它可能會發現冰層深度有相當大變化。
對反鐵磁體進行 納米尺度研究的新方法
鐵磁體到處都是,但鐵磁性本身卻是一種罕見的性質。而它們更為微妙的「表兄」反鐵磁體卻更為普遍,但其發現還不到100年,並且只是在過去20年才有了技術上的意義。其中的一個原因是沒有與鐵磁域(一個較大的鐵磁體分成的磁棒)類似的結構。現在,利用一種名叫「X-射線光子相關光譜」的新方法,有可能對反鐵磁體鉻中的自旋和電荷密度的納米尺度超結構(superstructure)進行分析,結果可能導致能將反鐵磁體帶入更廣泛應用領域的磁工程方法。該新方法表明,反鐵磁域壁(domain wall)事實上從來都不是靜止的,而是不斷在微米距離內前進和後退。而且,域壁運動是在100K以上的溫度被激發的,在更低溫度下不能被激發,並且當冷卻到低於40K時,該運動會在一個有限的數值達到飽和,這個數值與量子波動是一致的。
角素可能是甲殼類易引發過敏疾病的共同原因
與昆蟲、甲殼類、寄生蟲和真菌相關的抗原,構成與人類的過敏和哮喘相關環境抗原的相當大的一部分。然而,將這些廣泛分布的抗原聯繫起來的共同元素卻仍然不知道。角素(chitin)也許是一大罪魁禍首。它是自然界第二種最豐富的聚合物,為無數細胞壁和剛性外骨骼提供滲透穩定性和張力。現在,Reese等人發現,用角素處理過的小鼠會產生過敏反應,特徵是表達先天免疫細胞的白介素-4的積聚。用幾丁質酶(或稱甲殼質酶、殼多糖酶)處理後,這種反應會消失。在角素含量較高的環境(如甲殼類動物加工廠)中工作的人哮喘發病率較高,說明這一通道在人類過敏疾病的發病中也可能扮演一個角色。