Volume 536，Issue 7615
審校 趙維傑 楊柳
進化生物學
Tempo and mode of genome evolution in a 50,000-generation experiment
一項50,000代實驗中基因組進化的節奏和模式
翻譯 李昕驥
Olivier Tenaillon, Jeffrey E. Barrick, Noah Ribeck, Daniel E. Deatherage, Jeffrey L. Blanchard, Aurko Dasgupta, Gabriel C. Wu, Sébastien Wielgoss, Stéphane Cruveiller, Claudine Médigue, Dominique Schneider & Richard E. Lenski
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18959.html
在自然選擇下適應性的發生取決於許多突變的頻率、效果和相互作用，因此很難確定在一個不斷進化的譜系中突變的比例達到多少才是有益的。在這裡，我們分析了來源於12個大腸桿菌（Escherichia coli）種群的264個全基因組樣本，以描述它們在50,000代間的進化動態。這些種群維持了其祖先突變率，這支持一個模型：大多數固定下來的突變是有益的，有益突變的比例隨著適應性的上升而下降，中性突變則以恆定的速率累積。我們也將這些種群的曲線與在選擇作用最小化的瓶頸狀態下的突變累積進化曲線進行了比較。非同義突變、基因間隔區突變、插入和缺失在長期種群中比例偏高，這進一步支持了大多數達到高基因頻率的突變受到選擇青睞的推論。這些結果闡明了在適應新環境過程中，推動種群基因組進化的各種因素間的動態平衡。
Emergence of a Homo sapiens-specific gene family and chromosome 16p11.2 CNV susceptibility
一個智人特異的基因家族與染色體16p11.2 CNV敏感性的出現
翻譯 雷文茜
Xander Nuttle, Giuliana Giannuzzi, Michael H. Duyzend…Fred H. Gage, Alexandre Reymond & Evan E. Eichler
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19075.html
對人類進化獨特之處的遺傳性差異進行的闡明，通常是通過對人類以及與人類緊密相關的靈長類動物的基因組，包括更近的早期人類的基因組之間的對比分析而進行的。然而基因組的各個區域對這項研究具有的意義並不均等。位於染色體16p11.2的拷貝數變異（copy number variation，CNV）幾乎佔到了自閉症案例的1%，這種變異由一組複雜的基因片段複製所產生，而其中很多是最近才在人類中進化出現的。我們重建了基因座的演化歷史並且確認，bolA家族成員2（BOLA2）基因只在智人（Homo sapiens）身上產生了複製。我們判斷一個包含BOLA2的95 kbp的基因片段在近28.2萬年前進行了複製，這屬於人類進化中一系列大幅重建基因座的基因組變異中出現較晚的變異之一。所有接受測試的人都攜帶一個或者更多這種早已在人類中固定存在的複製的副本，這種模式不太可能在選擇性不存在的情況下（P<0.0097）出現得如此迅速。我們說明，BOLA2的複製產生了一個新型的人類特異性融合轉錄本閱讀框，BOLA2副本的數量和RNA（r=0.36）以及蛋白質表達水平（r=0.65）相關，並且這種表達在實驗誘導獲得的人類和黑猩猩的幹細胞中顯示了最大的差異性。對攜帶染色體16p11.2重排的152位病人進行的分析表明，超過96%的斷點發生在智人特異性的複製片段中。總而言之，28.2萬年前在智人中發生的BOLA2複製型轉座同時增加了一個與鐵平衡相關基因的副本數量，並且使人類更容易產生可以導致疾病發生的經常性重組。
神經生物學
A multi-modal parcellation of human cerebral cortex
基於多模態信息的人腦皮層分區
翻譯 李駿
Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, Carl D. Hacker, John Harwell, Essa Yacoub, Kamil Ugurbil, Jesper Andersson, Christian F. Beckmann, Mark Jenkinson, Stephen M. Smith & David C. Van Essen
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18933.html
理解神奇而又複雜的人腦皮層需要一張能夠顯示其主要區域的地圖（或區域劃分圖），這些被劃分出來的區域稱為皮層區。製作一張精準的分區圖是神經科學一個世紀以來的目標。通過採用來自人腦連接組計劃（HCP）的多模態磁共振圖像，以及一種客觀的半自動神經解剖學計算方法，我們在每個人腦半球描繪劃分出了180個區域。這些區域之間在皮層結構、功能、連接、拓撲上有很大的差異，它們被精確地配準到基於210名健康人得到的平均腦上。我們描繪了97個新的腦區，以及先前由解剖顯微分析或由其他專業的特異性研究方法所揭示的83個腦區的特性。為了能夠在新的HCP被試和未來的研究中自動化描繪和識別這些腦區，我們訓練了機器學習分類器來識別每個腦區基於多模態信息的「指紋」。這個分類器在新的被試腦中分辨出了96.6%皮層區域，重複出了群體水平的分區情況，而且能夠在具有非典型皮層分區的個體上正確地定位出腦區。能夠免費獲取的分區圖和分類器將極大地提升人腦皮層結構和功能組織研究中神經解剖的精確性，並提升不同個體之間在發育、老化、疾病等變異情況下的分區準確性。
A trans-synaptic nanocolumn aligns neurotransmitter release to receptors
介導神經遞質釋放與受體結合的跨突觸納米柱
翻譯 王相麗
Ai-Hui Tang, Haiwen Chen, Tuo P. Li, Sarah R. Metzbower, Harold D. MacGillavry & Thomas A. Blanpied
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19058.html
突觸傳遞是由一個精細的亞突觸分子結構維持的，即使是突觸結構的輕微變動都可能引起突觸連接的經驗依賴的可塑性改變或者病理性的功能紊亂。此結構的關鍵是突觸前囊泡融合位點如何與突觸後受體密集區在位置上對應性的分布。但是，即使長久以來公認這種空間聯繫調控著突觸的強度，但這種調控仍未被準確描述。這部分是由於光學顯微鏡解析度的限制。藉助於定位顯微鏡，我們在此表明，調控囊泡啟動與融合的幾種關鍵蛋白在突觸前活躍區的納米尺度亞區域內富集。我們發展了一種新方法來定位大鼠海馬神經元單個突觸中的囊泡融合位點，發現動作電位誘發的融合受蛋白梯度的指引，並優先在活躍區內Rab3相互作用分子（Rab3-interacting molecul，RIM）局部密度較高的限定區域內發生。這些RIM納米糰簇與聚集的突觸後受體和支架蛋白緊密結合，暗示了跨突觸結構「納米柱」的存在。因此，我們提出活躍區的納米結構指引動作電位誘發的囊泡融合優先在直接與突觸後受體支架組裝對應的位點發生。值得注意的是，NMDA受體激活可以觸發可塑性的不同階段，此過程中跨突觸的納米尺度重排發生在突觸後重組之後。該結構暗示了中樞神經系統突觸維持與效能調控的一個簡單組織原則。
生物化學
SAR11 bacteria linked to ocean anoxia and nitrogen loss
SAR11細菌與海洋缺氧區域中氮素流失的相關性
翻譯 王相麗
Despina Tsementzi, Jieying Wu, Samuel Deutsch…Konstantinos T. Konstantinidis & Frank J. Stewart
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19068.html
富氧海洋表層生存的微生物中有接近一半是SAR11細菌。SAR11細菌也可以在低氧區（OMZs）富集，在這些氧氣含量低至無法檢測的區域中，厭氧微生物在把生物可用氮轉變為氮氣中起至關重要的作用。在SAR11細菌中尚未觀測到厭氧代謝，此類細菌如何參與OMZ生物地球化學循環仍不得而知。在此，我們對來源於世界上最大OMZ的SAR11進行單細胞基因組分析，結果顯示一些先前未被鑑定過的SAR11分支可適應無氧環境，並包含表達呼吸硝酸還原酶（Nar）的基因。實驗證實，SAR11 nar基因可編碼催化反硝化作用第一步即生成亞硝酸鹽的蛋白，並在整個OMZ的 nar轉錄組中佔比約40%，其在硝酸鹽還原活性最高的缺氧區轉錄峰值最高。這些結果將SAR11聯繫到海洋氮素流失通路中，重新定義了這一地球上最豐富的生命群體的生態區位。
An evolutionarily conserved pathway controls proteasome homeostasis
一個進化上保守的通路控制蛋白酶體的內穩態
翻譯 譚坤
Adrien Rousseau & Anne Bertolotti
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18943.html
蛋白酶體對大多數胞內蛋白的選擇性降解至關重要，但是對細胞如何維持足夠數量的蛋白酶體人們還不清楚。我們說明了一個在進化上保守的信號通路控制著蛋白酶體的內穩態。這個通路的中心是TORC1，抑制TORC1可以誘導產生所有已知的酵母19S調節顆粒裝配伴侶（regulatory particle assembly-chaperones，RACs）,以及蛋白酶體的亞基。對TORC1抑制的下遊，酵母絲裂原活化蛋白激酶Mpk1在壓力條件下會增加RACs和蛋白酶體亞基的供應，來維持蛋白酶體的降解和細胞存活。這一適應性途徑在進化上保守，其中mTOR與ERK5控制著四種哺乳類RAC的水平和蛋白酶體的豐度。因此，TORC1和 Mpk1/ERK5，作為生長和壓力的中心控制子，使細胞能夠做出迅速和至關重要的適應性反應，根據細胞的需要來調整蛋白酶體的豐度。加強這一通路可能為由蛋白質降解異常造成的疾病提供一種可行的治療方法。
Global profiling of SRP interaction with nascent polypeptides
SRP與新生多肽相互作用的全面分析
翻譯 王相麗
Daniela Schibich, Felix Gloge, Ina Pöhner…Bernd Bukau & Günter Kramer
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19070.html
信號識別粒子（SRP）是普遍保守的蛋白質-RNA複合物，它能介導蛋白質的共翻譯轉運（co-translational protein translocation，指翻譯的同時即進行轉運），並通過使核糖體與膜易位子對接而介導蛋白質插膜。然而，共翻譯和翻譯後轉運通路的並存導致對SRP胞內底物池和底物選擇的分子機制的研究的匱乏。在此，通過對與SRP相互作用的核糖體-新生肽鏈複合物中的信使RNA足跡進行測序，我們在胺基酸水平上確定了大腸桿菌新生蛋白質組中的SRP結合位點。鑑於SRP對疏水跨膜結構域（TMDs）的強烈偏好，SRP可以扮演新生內膜蛋白（IMPs）的成分特異性靶向因子，有效排除包含信號肽的前體蛋白及外膜蛋白。SRP一旦在核糖體出口出現，隨即與富含連續疏水區和芳香族胺基酸的疏水TMD區域相互作用。與現有的模型相比，N端TMD經常無法被識別，而內部TMD的多肽序列可以被特異性識別。此外，SRP可以與許多多次跨膜蛋白中的一些TMD結合，這暗示SRP介導的蛋白質插膜過程可以循環進行。SRP介導的插膜過程不伴隨翻譯的減速，也不受核糖體相關分子伴侶觸發因子（trigger factor，TF）的影響，TF擁有與SRP不同的底物池並在翻譯的不同階段發揮作用。總之，SRP結合位點的蛋白質組數據集揭示了決定細菌新生肽鏈通路的基本原則，SRP在其中是篩選的主導因素，足以將IMPs與其他底物（SecA–SecB翻譯後易位以及TF輔助的胞質蛋白摺疊通路的底物）區分開來。
Cotranslational signal-independent SRP preloading during membrane targeting
膜靶向中共翻譯且不依賴於信號的SRP預先招募
翻譯 王相麗
Justin W. Chartron, Katherine C. L. Hunt & Judith Frydman
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19309.html
核糖體相關因子必須正確解碼新生肽鏈中有限的信息以引導它們完成正確的細胞內使命。新生肽鏈顯示的低複雜度信息如何被核糖體出口附近相互競爭的眾多因子識別尚不清楚。定位到內質網的共翻譯靶向循環已經被深入研究，此過程中信號識別粒子（SRP）可以識別線性疏水信號肽或跨膜結構域。但這一領域中依舊存在問題。值得注意的是，與大量的核糖體-新生肽鏈複合物（RNC）相比，SRP豐度較低，但仍能準確選擇那些靶向到內質網的肽鏈。儘管兩者都具有特異性，SRP和共翻譯作用的Hsp70在體內可以精確地互斥性地選擇他們的同源RNC。為了理解體內共翻譯的新生肽鏈識別機制，我們在此通過酵母細胞核糖體分析與核糖體生化分離相結合的方式來研究共翻譯的膜靶向循環。我們發現SRP優先結合分泌性RNC並在其靶向信號翻譯前與其結合。非編碼mRNA元件可以促進不依賴於信號且先於信號的SRP招募。我們的研究確認，胞質中肽鏈延伸與多肽鏈及mRNA中決定因素間的複雜動力學相互作用可以調控SRP的底物選擇和膜靶向過程。
Reconstruction of bacterial transcription-coupled repair at single-molecule resolution
細菌轉錄偶聯修復的單分子水平模型
翻譯 雷文茜
Jun Fan, Mathieu Leroux-Coyau, Nigel J. Savery& Terence R. Strick
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19080.html
大腸桿菌Mfd轉位酶可以通過置換停滯在DNA受損部位的RNA聚合酶（RNAP）並且調控受損位點的UvrAB(C)組分組裝過程來進行轉錄偶聯修復（transcription-coupled repair）過程。最近的研究表明，在與DNA結合併且置換掉RNAP後，結合於DNA上的Mfd與被驅逐的RNAP一同形成一個穩定的，緩慢的轉位酶複合物。我們運用一系列單分子測試發現，UvrA和UvrAB與Mfd–RNAP的結合可以抑制這個轉位酶複合物並使它解體。相關的單分子納米操縱和螢光測試表明，複合物的解體造成了RNAP和Mfd 的解離。隨後發生的UvrC對DNA的剪切相比於僅有UvrAB(C)可用的情況下速度更快，部分是因為UvrAB與Mfd–RNAP的結合力比其與受損DNA的結合力強20~200倍。這些觀察結果為比較體內DNA同源修復途徑提供了一個定量化模式。
生物醫學
Tumour-cell-induced endothelial cell necroptosis via death receptor 6 promotes metastasis
腫瘤細胞誘導的內皮細胞壞死通過死亡受體6促進腫瘤細胞轉移
翻譯 苗潤豐
Boris Strilic, Lida Yang, Julián Albarrán-Juárez…Manolis Pasparakis & Stefan Offermanns
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19076.html
癌細胞轉移是人類癌症致死的主要原因。癌症轉移是一個複雜的多步過程，轉移過程中，單獨的腫瘤細胞主要通過循環系統在距離原腫瘤較遠的器官定居。腫瘤細胞一旦進入循環系統就處於一種易受攻擊的狀態，因而它們的轉移能力很大程度上依賴於一種快速並且有效率的穿過內皮屏障來逃離血流的方式。有證據表明，腫瘤細胞外滲採取一種類似於白細胞跨內皮遷移的方式。然而腫瘤細胞在滲出過程中與內皮細胞的相互作用方式以及相關的分子調控機理仍未被闡明。我們的研究顯示，人和小鼠的腫瘤細胞可通過誘導內皮細胞程序性壞死（壞死性凋亡）來促進腫瘤細胞滲出和轉移。在小鼠模型中，採用受體結合絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1（receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1, RIPK1）抑制劑壞死穩定素1（necrostatin-1）或內皮細胞特異性刪除RIPK3的療法能夠降低腫瘤細胞介導的內皮壞死，以及腫瘤細胞的外滲和轉移。相反，藥理學的細胞凋亡蛋白酶抑制或者細胞凋亡蛋白酶-8的內皮細胞特異性刪除能促進這些過程。我們的體內、體外實驗結果進一步顯示：腫瘤細胞介導的內皮壞死導致的滲出和轉移需要腫瘤細胞自身表達的澱粉樣前蛋白（amyloid precursor protein）和內皮細胞表達的澱粉樣前蛋白受體死亡受體6（death receptor 6, DR6）作為這些結果的主要介導因子。我們的數據確定了一種腫瘤細胞浸出和轉移的新機制，並且暗示著內皮DR6介導的壞死信號通路可以成為抗轉移療法的靶點。
結構生物學
Mechanism of arginine sensing by CASTOR1 upstream of mTORC1
CASTOR1上遊mTORC1介導精氨酸傳感的機理
翻譯 雷文茜
Robert A. Saxton, Lynne Chantranupong, Kevin E. Knockenhauer, Thomas U. Schwartz & David M. Sabatini
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19079.html
雷帕黴素靶蛋白複合物1（mTORC1）是真核生物生長的一個主要調節因子，可以通過調節包括生長因子和胺基酸等營養物質的輸入環節，來協調物質的合成代謝和分解代謝。在哺乳類動物中，精氨酸可以促進例如免疫細胞激活，胰島素分泌，肌肉增容等多種生理效應，這些活動大多數都是通過mTORC1的激活介導的。精氨酸可以通過溶酶體胺基酸轉運蛋白SLC38A9或CASTOR1（GATOR2-interacting Cellular Arginine Sensor for mTORC1）來活化Rag家族鳥苷三磷酸酶上遊的mTORC1。然而mTORC1通路識別並轉導精氨酸信號的機制仍然不夠清晰。我們展示了結合精氨酸的CASTOR1的解析度為1.8 Å的晶體結構。CASTOR1同源二聚體在兩個ACT（Aspartate kinase, Chorismate mutase, TyrA）結構域的交界面上結合精氨酸，進而使臨近的GATOR2結合位點發生別構調節，使GATOR2與CASTOR1分離並活化下遊的mTORC1。實驗數據顯示，CASTOR1與原核天冬氨酸激酶的賴氨酸結合調節結構域享有實質的結構同源性，這可能表明mTORC1通路利用這個古老的依賴於胺基酸的變構機制獲得了精氨酸敏感性。總之，這些結果建立了藉助mTORC1通路的精氨酸傳感結構基礎，並且在哺乳類動物營養物傳感器的演變方面提供了思路。
物理·材料
Synergistic, ultrafast mass storage and removal in artificial mixed conductors
人工混合導體中的協同、超高速大容量存儲和移動
翻譯 朱思潔
Chia-Chin Chen, Lijun Fu & Joachim Maier
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature19078.html
單相的、可通過離子和電子導電的混合導體，能夠使材料中的化學計量發生變化，進而實現大容量的存儲和再分配，例如在電池極板材料中的應用。我們已經研究過在固體兩相系統中，如何實現這種特性形成人工混合導體。但是之前研究所使用成分的動力學性能較弱，無法實現這種清楚而明確的化學計量變化。本文中，我們發現採用電化學方法和化學方法，熔融加工複合材料「超離子」導體RbAg4I5和電子導體的石墨表現出顯著的銀過量和銀缺乏特性，這類似於單相混合導體，儘管這樣的情況在單個相中不可能實現。此外，銀攝取和釋放的動力學過程非常迅速。通過界面二極擴散對上極限極的評估，揭示了比氯化鈉在水溶液中更高的化學擴散係數。這些結果可能潛在刺激強大的、甚至細觀的人工混合導體系統性研究。
A photon–photon quantum gate based on a single atom in an optical resonator
一種基於在光學諧振腔裡單原子的光子-光子量子門
翻譯 王潔素
Bastian Hacker, Stephan Welte, Gerhard Rempe & Stephan Ritter
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18592.html
就信息傳遞的準確性而言，兩個光子在自由空間中相遇而不受影響地穿過彼此是非常理想的，但這也阻止了兩光子間的相互作用。然而，對於光量子信息處理的許多應用來說，這種相互作用卻是必需的，並且要求這種作用強到能使對方光子的相位發生π的轉變。就極化量子比特而言，相互作用的強度要能使其中一個光子的極化方向翻轉到其正交方向上。迄今為止，只有基於線性光學和光子探測器的概率門已經被實現，因為「沒有已知或預見到任何材料具有強到可以實現這種條件相移的光學非線性」。與此同時，在量子非線性系統開發中取得的巨大進步為單光子實驗提供了可能，實驗平臺包括原子系統的裡德伯封鎖和單原子腔的量子電動力學等。單光子開關、單光子電晶體、雙光子通道、無損光子探測器、光子路由器、非線性移相器等器件都已被研製出，但都沒有利用理想的信息載體：處於可分辨模式下的光量子比特。我們利用精密光學諧振腔內的單原子提供光與物質的強耦合，進而實現了通用可控的相移（相位翻轉π）光子-光子量子門的Duan–Kimble協議。我們得到這種門的平均可靠度達（76.2 ± 3.6）%，並且明確地證實在兩個輸入光子間發生了條件極化翻轉和糾纏產生。這種光子-光子量子門屬於通用量子邏輯元件，因此可以完成絕大多數現有的雙光子操作。已證明的量子信息中光信息處理特定協議的可行性，能夠推動以光子為基本要素的新應用產生，尤其是在遠距離量子通信和可擴展量子計算機領域。
Single-layer MoS2 nanopores as nanopower generators
單層MoS2納米孔作為納米發電機
翻譯 徐甜甜
Jiandong Feng, Michael Graf, Ke Liu…Andras Kis & Aleksandra Radenovic
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18593.html
利用淡水和海水之間的滲透壓差發電是一種有吸引力的、可再生的清潔發電方式，被稱為「藍色能源」。當電解液受壓力梯度或鹽濃度梯度引起的滲透勢驅使通過窄時，則會發生另一個被稱為流動電位的電動力學現象。對於這項工作，由二維材料製成的膜被認為最有效，因為通過膜的水輸送與膜厚度成反比。在這裡，我們展示了如何使用單層二硫化鉬（MoS2）納米孔作為滲透納米發電機。我們觀察到一種由鹽梯度產生的大滲透感應電流，估算功率密度高達106瓦特/平方米，這種電流主要歸因於MoS2的原子薄膜。對於納米電子和光電器件的低功率需求，可以通過能夠從本地環境——如壓電氧化鋅納米線陣列或單層MoS2——收割能量的相鄰納米發電機來提供。我們用MoS2納米孔發電機驅動了一個MoS2電晶體來展現自供電納米系統。
天文
Heating of Jupiter’s upper atmosphere above the Great Red Spot
木星大紅斑之上的高層大氣加熱
（圖片來源：http://www.sci-news.com/featurednews/great-red-spot-heats-jupiters-upper-atmosphere-04061.html）
翻譯：劉小鷗
J. O』Donoghue, L. Moore, T. S. Stallard & H. Melin
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18940.html
巨行星中至低緯度高層大氣溫度的測量值，比基於單獨日照加熱模擬所能解釋的結果高出數百度。聚焦於附加熱源的模型研究已不能解決這一重要差異。從熱極光區向赤道的能量傳輸曾被認為能夠加熱低緯度地區，但模型已經證明由於快速自轉行星的強科裡奧利力，極光能量被保留在高緯度地區。從下方驅動的微波加熱代表了另一種高層大氣加熱的潛在來源，儘管對木星的初步計算尚無定論，這主要是由于波參數觀測約束的缺乏。
本研究中，我們報告了木星大紅斑（太陽系中最大的風暴氣旋）之上的高層大氣溫度比行星上其它部分高出數百度。通過排除法，這個熱點必然是從下方加熱，因此該探測是木星低層與高層大氣之間存在耦合的有力證據，同時也可能是聲波或重力波向上傳播的結果。
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Abrupt plate accelerations shape rifted continental margins
板塊突然加速對張裂大陸邊緣的塑造
（圖片來源：http://phys.org/news/2016-07-continental-tug-of-waruntil-rope-snaps.html）
翻譯：劉小鷗
Sascha Brune, Simon E. Williams, Nathaniel P. Butterworth & R. Dietmar Müller
http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7615/full/nature18319.html
張裂邊緣形成於大陸巖石圈持續的拉伸，直至發生斷裂為止。眾所周知，應變率相關的過程控制著張裂演化，但地球的主要被動邊緣的擴張歷史直到最近才被量化。本研究中，我們通過將新的地質構造分析技術應用於修訂後的全球板塊重建，研究了全球範圍的張裂運動動力學。我們發現，張裂邊緣的特徵是其緩慢的初始張裂階段（每年小於10毫米，全速率），而後板塊離散程度的突然增加引發了快速張裂階段。板塊加速發生於大陸破裂之前，大量的邊緣區域在每一階段都會形成。我們運用具有恆力邊界條件的解析與數值模擬，重建了擴張由慢至快的快速轉變。擴張模型暗示，兩階段的速度模式是由張裂內在的強度-速度反饋機製造成，這可以由不同巖石圈構造與流變學推斷得出。我們的結果解釋了近源與遠源邊緣區域的差異，並證明大陸張裂中板塊的突然加速受到抗張裂強度的非線性衰減的控制。該機制為之前一些原因不明的快速板塊絕對運動變化提供了解釋，同時對板塊驅動力隨時間的平衡提出了新的理解。
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