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Volume 520 Number 7546 9，April 2015
Climate change and the permafrost carbon feedback
綜述：氣候變化和永久凍土碳反饋
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14338.html
北極圈內以及亞北極地區冰凍的土壤（永久凍土）中儲存了大量的有機碳。氣候變暖會導致環境變化，加快微生物分解有機碳並釋放溫室氣體二氧化碳和甲烷的過程。這一反饋可加速氣候變化，但溫室氣體在這些區域釋放的程度和時間以及它們對氣候變化的影響目前還無法確定。本文發現，現有證據表明，在氣候變暖的條件下，溫室氣體的排放是漸進且持久的。同時，本文還提出一個研究策略，主要針對永久凍土碳動態某些目前所知甚少的方面。
Branch-specific dendritic Ca2+ spikes cause persistent synaptic plasticity
樹突棘分枝特異的樹突Ca2+電位誘導持續的突觸可塑性
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14251.html
大腦擁有極大的記憶儲存能力，然而，大腦究竟是如何在不破環原有記憶基礎上增加新信息的，人們還不得而知。本文表明，在小鼠大腦皮層運動區域，不同的運動學習任務能在單一V層錐體神經元的不同樹突棘激發Ca2+電位。這些任務相關的樹突棘分枝特異性Ca2+電位能誘導在電位產生時有活性的樹突棘上的後突觸的長時間處於活性狀態。當表達生長激素抑制素的中間神經元失活時，不同的運動任務頻繁激發相同樹突上的Ca2+電位。在這些樹突上，在一個任務中活化的樹突棘在第二次Ca2+誘導活化前將失活。同時，另一項任務的學習會干擾因之前學習任務而增加的神經元活性和提高的能力。這些發現表明，樹突特異性Ca2+電位的生成對於建立長時間的突觸可塑性有很重要的作用，此外，對儲存不同學習經驗所積累的信息也有所幫助。
Saturn’s fast spin determined from its gravitational field and oblateness
通過引力場與扁率測定土星的快速自轉
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14278.html
由於土星磁極和旋轉軸是重合的，因此我們無法利用磁場測量來確定它的自轉周期。「旅行者」號探測器此前用無線電測量其周期為10小時39分22.4秒，「卡西尼」號測得的周期則為10小時47分6秒，並且該值在後續測量中發生了變化，很明顯，無線電測量不能用來確定大質量行星的自轉周期。基於測量土星風場的估計更增加了其不確定性，給出了一個比「旅行者」號還要小的自轉周期。目前土星的自轉周期被認為是在10小時32分和10小時47分之間，這一結果很難讓人滿意。這裡我們報告了一個10小時32分45秒±46秒的自轉周期，該結果是基於最優化方法由土星引力場和觀測形狀及可能內部密度分布的限制得到的。此外，即使單獨應用引力場的限制，也可以以數分鐘的精度推測出土星的自轉周期。為了證實我們的方法，我們對木星應用了同樣的方法並且正確得到了其廣為人知的自轉周期。
Measurement of the first ionization potential of lawrencium, element 103
測量103號元素鐒的第一電離勢
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14342.html
元素的化學性質主要是由價電子層的電子排布決定的。周期表的第六行開始的重元素，其電子結構會受相對論效應影響，而這種效應在第七行（包括錒系）的元素上會急劇提高，甚至會影響基態的電子排布。相對論效應會使原子s軌道和p1/2軌道更穩定，而p3/2、d軌道和f軌道會變得不穩定，因此重元素的基態可能會跟同族較輕的元素有所不同。第一電離勢（the first ionization potential，IP1）是指將中性原子的一個價電子移除時所需要的能量，它是一種反映最外層電子排布的原子性質。對第一電離勢的精確測量可以幫助我們了解價電子束縛能，從而確定相對論的影響。然而，重原子是很不穩定的，因此在同一時間得到多個重原子非常困難，這是測量重原子第一電離勢的難點所在。然而，來自日本原子能機構（JAEA）的科學家最近測得了103號元素鐒（Lr）的第一電離勢是(4.96 +0.08 -0.07)電子伏特。他們採用的是鐒-256原子（半衰期為27秒），用高效的表面離子源和放射性同位素探測系統，與質量分離器相耦合。所測得的電離勢與相對論理論計算預言的4.963吻合得非常好。這一工作為理論研究提供了可靠的支持，也打開了超重元素（即錒系以後的元素）第一電離勢測量的新大門。
A primordial origin for the compositional similarity between the Earth and the Moon
地球與月球相似組分的來源
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14333.html
地月系統中大部分的特徵都可以用行星胚胎之間的碰撞和地球在隨後的吸積過程來解釋。模擬顯示，最後聚集形成月球的大多數的物質就發源於這些撞擊物。然而，地球和月球上的同位素組分分析表明其高度的相似性。相反，其他銀河系天體的組分卻與地球和月球的明顯不同，說明不同的銀河系天體有著不同的組分。這就挑戰了大碰撞的設想，因為形成月球的碰撞塊應當與形成原始地球的碰撞物組分不同。在此，我們在一套行星吸積的模擬實驗中追蹤正在形成中的星球的進料區，以測量形成月球的碰撞塊的組分。我們發現，儘管在同一模擬中形成的不同的星球其組分各不相同，但在統計上，巨大的撞擊物的組分和它們所碰撞的星球組分更為類似。成對的星球-碰撞星球之間有一大部分的組分幾乎是完全相同。因此，地月之間組分的相似性可能就是最近巨大碰撞的自然而然的結果。
Levantine cranium from Manot Cave (Israel) foreshadows the first European modern humans
以色列Manot洞穴的東地中海地區人類頭骨預示著歐洲最早的現代人
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14134.html
人類進化史上一個關鍵事件就是在距今6萬～4萬年前現代人從非洲開始後在歐亞大陸上的擴張，並替代了所有其他的人種。由於這一時期人類化石的缺乏，現代非洲之外起源人種的祖先在很大程度上還是一個謎。本文描述了一個最近在Monot洞穴（位於以色列的西加利利）發現的不完整人類頭蓋骨，通過鈾－釷測年法測定年齡為距今54.7 ± 5.5 千年以前（算術平均數 ± 2倍標準差）。該頭蓋骨為這一關鍵事件提供了重要信息。Manot 1號頭骨的整體形狀和局部形態特徵表明，該不完整頭骨確定屬於現代人。它的外形和近代非洲人以及舊石器時代晚期的歐洲人頭骨相似，但卻與東地中海地區大部分其他解剖學上的早期現代人不同。這就表明，Manot人可能與最早遷徙到歐洲定居的現代人密切相關。因此，用於支持歐洲「同化模型」的解剖學特徵可能並非從歐洲尼安德特人那裡繼承而來，而是來自更早期的東地中海人。此外，Manot 1號是目前能夠證明在舊石器時代中晚期界線上，現代人與尼安德特人同時居住在東地中海地區南部的現代人標本，並且時間也接近可能的尼與安德特人通婚事件。
Common genetic variants influence human subcortical brain structures
常見的可遺傳變異影響人類大腦皮層下結構
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14101.html
人類大腦的高度複雜結構在很大程度上受到遺傳學因素的影響。大腦皮層下的區域與皮層區域形成迴路，共同協調運動、學習、記憶和動機。迴路的改變會導致異常行為和疾病。為了探索常見可遺傳突變是如何影響這些大腦皮層亞結構的，本研究組在50個群體共30,717個個體中，利用核磁共振成像，對七個皮層下區域的體積和顱內容積進行了全基因組關聯分析。本研究發現了5個能影響殼核和尾狀核體積的新突變。此外，本研究還發現了關於三個已被證明能影響海馬回體積和顱內容積的基因位點的能強有力的證據。這些突變能特異性地影響腦內結構的體積，但沒有對大腦全局性的影響。最為顯著的影響發生在殼核，在那裡一個新發現的基因間區的突變能對殼核體積產生可重複的影響。證據顯示，KTN1基因表達水平在大腦和血組織中的改變與此相關。影響殼核體積的變異基因聚集出現在調節凋亡、軸突導向和囊泡運輸等發育基因附近。這些可遺傳變異的鑑別為理解人腦在發育上的差異性提供了見解, 並有助於揭示神經功能障礙的機制。
The maternal-age-associated risk of congenital heart disease is modifiable
與母親年齡相關的患先天性心臟病風險是可改變的
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14361.html
即便在新生兒沒有任何染色體異常的情況下，母親的年齡仍是新生兒患先天性心臟病的一個風險因素。帶來這種患病風險的原因，究竟在於母親還是卵細胞，目前仍不清楚。母親年齡對先天性心臟疾病的影響，可在含有一個心臟轉錄因子基因Nkx2-5的突變的小鼠幼崽中建模研究。本文利用年輕的和年老的雌鼠之間相互移植卵巢實驗，研究了母親年齡相關的患病風險的機制。高脂肪飲食並沒有加速母親年齡增長帶來的影響，故不能簡單地用高血糖解釋該現象。這種與年齡相關的患病風險還與母親的種族背景有關，說明這是一種數量性狀。很值得注意的是，自主鍛鍊——不論從年輕時就開始、或是後來才開始的——都能減少這種患病風險。因此，即使後代攜帶能引起先天性心臟的突變，來自母親的幹預仍能有意義地降低其患病的風險。
Repeated ER–endosome contacts promote endosome translocation and neurite outgrowth
反覆的內質網-核內體接觸促進核內體易位及神經突突起生長
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14359.html
分泌和胞吞通路的主要細胞器——分別為內質網（ER）和核內體——通過接觸部位相連接。隨著核內體成熟，接觸部位的數量增加。這些部位的作用之一是通過一個與內質網相連的磷酸酶，使核內體信號受體胞質尾脫磷酸化；除此之外，它們還能負性調節核內體與負端定向微管馬達——即動力蛋白——的聯繫，或是介導核內體分裂。還有人提出膽固醇轉運和鈣離子交換是接觸位點的額外功能。然而，內質網-核內體接觸部位的成分、活動和調節還沒有被完全理解。本文證明，在人類和大鼠細胞系中，一種可促進突出和突起生長的內質網蛋白——突出素（protrudin），經由小GTP酶RAB7和磷脂醯肌醇3-磷酸（PtdIns(3)P）同步檢測，與晚期核內體（LEs）形成接觸部位。這些接觸部位介導微管馬達驅動蛋白1在晚期核內體上從突出素到馬達接頭FYCO1的轉移。反覆的晚期核內體-內質網（LE-ER）接觸促進晚期核內體向細胞周邊的微管依賴型易位，及隨後與胞質膜的突觸結合蛋白-VII-依賴型融合。這種融合誘導突出和神經突的突起生長，而這種突起生長要求突出素和FYCO1與晚期核內體和激酶1的相互作用能力。因此，含有突起素的內質網-晚期核內體接觸位點是激酶1登陸到晚期核內體上的平臺，而由反覆的內質網接觸供能的激酶1介導的晚期核內體向質膜的易位，促進突出和神經突突起生長。
（來自《自然》，翻譯：趙歡，王文佳，高睿，丁家琦，李伯勳，魏若妍；審校：程孫雪子，李伯勳，丁家琦）
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