February 01, 2007
封面故事：美國飛天新計劃：重返月球+造訪火星
本期封面照片是「阿波羅-11」任務期間尼爾•阿姆斯特朗拍攝的，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首次人類飛向火星做準備等。在本期Nature上（第474頁），Geoff Brumfiel報告了該項目前三年的進展情況。封面圖片：NASA AS11-40-5942 Page: 474
( 生物谷配圖)
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2 一個涉及三個密切相關基因的氣孔生物合成通道
氣孔是植物的氣體交換結構，是讓植物能夠徵服大地的關鍵發明之一。地球上全部植物的氣孔活動一起對全球碳和水循環有重要影響。所以，氣孔生物合成通道的發現將有廣泛意義。兩個小組在本期Nature上報告，他們識別出一個涉及三個密切相關的基因的相繼表達的通道，這三個基因分別是SPEECHLESS、MUTE 和 FAMA。這表明，三個密切相關的基本「螺旋-環-螺旋」（helix-loop-helix）蛋白的連續行動控制著氣孔分異，這是一個與動物的細胞類型分異極為相似的機制。 Page: 501
3 TBPb的人類同源結構被發現
端粒（線性染色體的端部）受各種結合蛋白的保護。纖毛蟲中一個重要的端粒結合複合體是TBPalpa/beta。人類有一個TBPa同源結構POT1，但此前TBPb在纖毛蟲以外的生物中沒有被發現。現在，兩個研究小組各自獨立地識別出，神秘莫測的 TBPb的人類同源結構為TPP1。令人吃驚的是，當POT1-TPP1複合體結合到端粒DNA上時，它並不抑制端粒酶的活性，而其他端粒結合蛋白卻會抑制。相反，它會刺激端粒酶活性和核苷酸添加速率，即由核心端粒酶添加核苷酸的速率。Page: 509
4 對「熱木星」HD209458b的最新觀測結果
「熱木星」，即在距離非常近的軌道上繞其母恆星運行的太陽系外巨型行星，將改變我們關於什麼是行星以及它們怎樣形成的觀點。尤其是編號為HD209458b的一顆「熱木星」，它被發現有一個巨大的、逃逸的大氣層，這個大氣層形成了一個彗星一樣的尾巴。「哈勃太空望遠鏡」對HD209458b的新的觀測結果顯示，其大氣層中有一個很熱的緻密層，在這個緻密層中，溫度上升，大氣膨脹，氣體加速逃逸該行星。這一探測為研究太陽系外複雜的行星大氣逃逸過程提供了一個新途徑。
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5 一個特殊類型的空穴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（qubit）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。該效應有可能用作量子位-光子條件邏輯的一個基礎，這種邏輯是量子計算的一個要求。Page: 515
6 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用作高度靈敏的、高選擇性的傳感器，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。Page: 519
7 現代版麥克斯韋「思想實驗」
在其1867年的經典的「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是如何破壞平衡的。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。 Page: 523
8 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的專門的生存環境，在這種環境中，它們通過一種由其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（即土壤中的細菌Pseudomonas putida 和 Acinetobacter sp.）的簡單群落所做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（發生在P. putida中）將是有害的。這一體系說明了物種間相互作用的重要性，並且對關於這些相互作用演化方式的研究工作也可能會有用。 Page: 533
9 TRPA1離子通道的激發機制
存在於痛覺神經元中的TRPA1離子通道會對有害的和刺激性的化合物做出反應，也會對寒冷做出反應。用小鼠做的基因剔除實驗證實，TRPA1是一種生理上要求的痛覺傳感器。如此多樣的刺激何以激發TRPA1以前並不清楚，但Macpherson等人現在發現，TRPA1是被其半胱氨酸殘體的共價修飾激發的。蛋白質被半胱氨酸活性試劑修飾並非不尋常，但這是第一次發現離子通道以這種方式被激發。TRPA1激發在對親電性毒性和氧化性壓力的響應中所起的作用也許是就可能發生的組織損傷向生物體發出警告。 Page: 541
10 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。 Page: 554
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