2月1日英國《自然》雜誌內容精選

2020-12-05 中國科學院


    美國飛天新計劃：重返月球+造訪火星

    本期封面照片是尼爾·阿姆斯特朗於「阿波羅-11」任務期間拍攝的，照片所示為Buzz Aldrin帶著EASEP科研儀器前往該儀器的部署地點。三年前，在題為「The Vision for Space Exploration」的文件中，美國國家航空航天局(NASA)介紹了關於太陽系探測活動的一個新框架，新的探測活動將像30多年前「阿波羅」時代那樣再次令人振奮。新框架的執行情況如何？在該新框架中，優先執行的計劃包括重返月球計劃以及為人類首次飛向火星作準備等。

    科學家：我們錯在哪裡？

    Elof Carlson 在對為什麼他的學生中有那麼多人選擇放棄科學進行思索而不得其解之後，寫了《勝利的時代，懷疑的時代》一書，他覺得「科學通過其自己不好的結果而讓他們失望了」。通過對一系列歷史案例進行追蹤研究，他剖析了科學家的良好願望與那些「不好的結果」之間所存在的鴻溝。在為Nature雜誌評論該書時，Ian Wilmut贊同Carlson這樣一個觀點：科學界的每個人都有責任對他們的工作做切合實際的評估，都有責任讓公眾既知道其研究工作能夠帶來的利益，也知道其研究工作所存在的風險。他說，我們要進行雄心勃勃的研究工作，但對其應用卻要小心謹慎。

    一個特殊的空穴QED體系

    在空穴量子電動力學(QED)中，原子或量子點與單個光子發生強相互作用。最新研究工作表明，可以形成一個「強耦合」關係，在該耦合關係中，單個光子被吸收，並被重新發射很多次。Schuster等人建造了一個特殊類型的空穴QED體系，該體系植入在一個電路內。在這個體系中，一個超導量子位與來自一個微波發射線的光子發生相互作用。在這一體系中可以形成一種新的作用關係，即強色散極限，在其中，單個光子對量子位有一個很大的效應，而從不會被吸收。這一發現為非破壞性計數空穴中所存在光子數量提供了可能性。

    能探測濃度低於100毫微微摩爾未標記抗體的傳感器

    半導體納米線有可能被製成高度靈敏、高選擇性的傳感器，用來探測低濃度的致病微生物，而不需要對所探測的病原體進行標記。實用微型傳感器可用於診斷、國土安全和基礎研究。當前的技術因各種原因尚未被廣泛採用，其中包括將納米尺度的設備集成進實用傳感器中所存在的困難。現在來自美國耶魯大學五個系的一個研究小組研究出解決這一問題的一個新方法。他們利用最新的(CMOS兼容的)系統製成了微型的、超靈敏的傳感器，可探測濃度低於100毫微微摩爾的未標記的抗體，並且能夠實時監測細胞免疫反應。

    現代版麥克斯韋「思想實驗」

    在1867年經典「思想實驗」中，麥克斯韋設想了一個守衛著將兩個充滿氣體的腔室分隔開的活門的小魔鬼。通過只允許快速運動的分子從左向右通過、只允許慢速運動的分子從右向左通過的方式，這個小魔鬼誘導了右腔室自然加熱、左腔室自然冷卻的現象。這種偏離平衡的現象是違反熱力學第二定律的。來自愛丁堡大學(距麥克斯韋的出生地不遠)化學學院的一個研究小組現在研製出一種分子「機器」，它能模仿麥克斯韋的小魔鬼破壞平衡的過程。小魔鬼的這種分子化身是一種特殊設計的Rotaxane，即纏繞在一個中心軸上的一個分子環，中心軸上有這個分子環可以附著的結合點。以前的Rotaxane機器是通過擾亂它們的環結合模式來激發的，它們的環結合模式被擾亂後，會導致環在結合點之間來回運動，從而使體系回到平衡態。在這種新的Rotaxane機器中，關於環運動的信息被用來使該體系遠離平衡態。但這裡熱力學第二定律並沒有被違反，因為需要能量(能量是以光的形式提供的)來收集和傳輸分子信息。

    一個演示物種間相互作用重要性的實驗

    生物膜是微生物群落專門的生存環境，在這種環境中，它們通過一種由自己分泌的細胞外聚合物材料與外界隔絕。這樣形成的微生物墊曾在複雜性和生物多樣性方面被與熱帶雨林相比。這種生物膜所承受的選擇壓力很可能要求各種細菌之間要有強烈的相互作用，而利用一個只含有兩個物種的簡單群落所作的一個實驗，正好反映了這種相互作用關係有多麼緊密。若以對兩個物種都有利的方式改變該群落的物理結構，會導致其中一個物種的基因組發生一個簡單的突變。在缺少一個夥伴的情況下，這種突變將是有害的。

    與bicoid mRNA定位有關的特異性因子被發現

    雖然bicoid mRNA(果蠅的前決定因子)是於1988年首次被定位的決定因子，但此前仍然不清楚它是怎樣被定位在果蠅卵的前部的。現在，Uwe Irion和Daniel St Johnston已經識別出了這個神秘的特異性因子——它將RNA耦合到定位通道上，成為ESCRT-II複合物。ESCRT-II在對已經通過細胞內吞作用從細胞表面進入降解通道的蛋白質進行分類中起重要作用，並通過抑制生長因子受體來抑制腫瘤形成。但bicoid mRNA的定位是獨立於內吞分類的，而且因為大鼠的ESCRT-II也結合RNA，所以mRNA定位中這一新穎的功能似乎在哺乳動物中被保留了下來。

    (田天/編譯，更多信息請訪問www.naturechina.com/st)

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