8月20日《自然》雜志精選

封面文章：

柏基斯頁巖化石層發(fā)現(xiàn)100周年紀(jì)念

古生物學(xué)的發(fā)展，在很大程度上要歸功于100年前的這個月在加拿大不列顛哥倫比亞省約霍國家公園中柏基斯頁巖化石層的發(fā)現(xiàn)。距今5.05億年前，關(guān)于寒武紀(jì)海洋中多樣化生命的這一舉世矚目的化石記錄理所當(dāng)然地出了名，并在Stephen J.Gould的《美妙生命》一書中有所記述。在本期Nature的觀點文章中，Desmond Collins回顧了Charles Doolittle Walcott發(fā)現(xiàn)這些頁巖的故事。由于人們當(dāng)時所掌握的知識的局限性，Walcott要解釋他所發(fā)現(xiàn)的東西實際上是一個可怕的挑戰(zhàn)。人們走了一些錯誤的線路，在幾十年的時間里，這些化石也幾乎被完全遺忘，但Collins說，Walcott的成就完全值得我們對其進(jìn)行百年紀(jì)念，目前相關(guān)紀(jì)念活動正在進(jìn)行當(dāng)中。

內(nèi)共生在細(xì)菌演化中所起的作用

內(nèi)共生（不同生命形式融合起來創(chuàng)造一個新的、更復(fù)雜的整體）被認(rèn)為在復(fù)雜細(xì)胞的演化中具有重要作用。細(xì)胞的不同部分——細(xì)胞核、線粒體等——是曾經(jīng)獨立的生物體的殘跡。但內(nèi)共生是否在較簡單的生物如細(xì)菌的演化中也曾扮演一個角色？這個問題通常沒有被人們所考慮，因為這些生物沒有分成不同部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，很多成功的和重要的細(xì)菌都有雙層細(xì)胞膜，而且在本期Nature上的一篇“假說”文章中，James Lake提出，這是兩種不同細(xì)菌細(xì)胞類型之間的融合遺留下來的，這兩種細(xì)菌細(xì)胞類型分別是梭菌和放射菌。

高諧波干涉測量法的應(yīng)用

伴隨一個電子與其母分子離子在一個強激光場中的重組所出現(xiàn)的高強度諧波輻射，能讓我們有機會一瞥重組體系的結(jié)構(gòu)和動態(tài)。現(xiàn)在，用CO2分子所做實驗表明，高諧波干涉測量法能夠提取這種結(jié)構(gòu)和動態(tài)信息：通過測量諧波輻射的位相和振幅來進(jìn)行。所獲得的參與這一過程的多個分子軌道的“指紋”，可被用來解碼產(chǎn)生這種“指紋”的阿秒級的多電子動態(tài)，包括因離子化而發(fā)生的電子重排的動態(tài)。從該體系中發(fā)出的光含有運動中的電子的圖像，它們可被處理成一部影片。這些發(fā)現(xiàn)確立了高諧波干涉測量法是根據(jù)重組電子的德布羅意波長來以“亞埃級”空間分辨率和根據(jù)重組事件的時間尺度來以阿秒級時間分辨率確定多電子動態(tài)的一種有效方法。

減小基因組重排風(fēng)險的機制

人類基因組含有無數(shù)種“有風(fēng)險的”重復(fù)序列，它們?nèi)菀自斐苫蚪M重排和不穩(wěn)定，其中有些還有可能引起癌癥和其他疾病。細(xì)胞利用各種不同蛋白來確保這種不穩(wěn)定性的發(fā)生頻率非常低。對釀酒酵母染色體V左臂所作的一項研究，確定了大量能夠防止這種重排的基因。令人吃驚的是，抑制由單版本序列或“有風(fēng)險的”重復(fù)序列調(diào)控的重排有截然不同的通道。

宇宙起源的隨機引力波背景上限被設(shè)定

廣義相對論預(yù)測，所有物體都產(chǎn)生應(yīng)可檢測到的引力波（與電磁波類似），比如質(zhì)量極大的物體——正在加速中的黑洞。這種波的存在已被間接推斷出，但物理學(xué)上的一個重要目標(biāo)是對它們進(jìn)行直接觀測，這項工作將既能驗證愛因斯坦的理論，又能導(dǎo)致宇宙學(xué)新領(lǐng)域的問世。現(xiàn)在，來自“激光干涉儀引力波天文臺”（英文簡稱為LIGO，它是尋找引力波的一些探測裝置之一）的早期結(jié)果，為進(jìn)一步的引力波搜索工作提供了一個起點，因為它們?yōu)閬碜杂钪嫫鹪吹囊Σǖ碾S機背景設(shè)定了一個上限。這些數(shù)據(jù)排除了具有一個相對較大的狀態(tài)方程參數(shù)的早期宇宙演化模型，也排除了具有相對較小弦張力的宇宙（超）弦模型（一些弦理論模型支持這樣的模型）。

地幔中電導(dǎo)率的變化模型

水在地球內(nèi)部起根本性作用，影響地幔礦物質(zhì)的熔化溫度、地幔熔化形成地幔柱的趨勢，以及對流地幔的黏度。地幔礦物質(zhì)的電導(dǎo)率受水含量的較大影響。Kelbert等人利用長期地磁響應(yīng)函數(shù)來推導(dǎo)一個關(guān)于地幔中電導(dǎo)率變化情況的全球尺度的三維模型。他們的研究顯示，地幔過渡區(qū)（深度在410公里到660公里之間）的變化為大約一個數(shù)量級，其中在溫度低的、地震波傳播快的區(qū)域電導(dǎo)率高（那些地方的板塊已經(jīng)下潛）。這一結(jié)果支持以下觀點：過渡帶中的水至少有一部分被冷的下潛板塊帶到了該區(qū)域。

動物種群同步波動探秘

了解是什么使種群發(fā)生同步波動很重要，因為同步對滅絕風(fēng)險、食物鏈穩(wěn)定性和影響一個生態(tài)系統(tǒng)的其他因素都有明顯效應(yīng)。相似的捕食者—獵物循環(huán)中所涉及的相鄰種群經(jīng)常發(fā)生同步振蕩。David Vasseur 和Jeremy Fox利用理論及實驗室縮微環(huán)境發(fā)現(xiàn)，當(dāng)捕食者存在時，獵物種群之間的擴散是造成這種相位鎖定（相位同步）的原因。擴散是不同生物（Vasseur和Fox所研究的動物是雪兔和加拿大猞猁）從一個分離的種群向另一個種群轉(zhuǎn)移的能力。由這項工作所獲得的模型對于代表捕食者—獵物和宿主—病原體系統(tǒng)的參數(shù)的大范圍變化都是可靠的，說明它可能具有普遍適用性。

新的流感病毒被定性

對起源于豬的H1N1流感病毒的一系列臨床分離株所作的分析顯示，在哺乳動物模型（小鼠、雪貂和獼猴）中，與一種季節(jié)性的H1N1病毒類型相比，當(dāng)前的流感病毒會造成更嚴(yán)重的疾病。這些病毒還會感染豬，但不會引起臨床癥狀。經(jīng)過測試的所有抗病毒藥物，包括Tamiflu，在細(xì)胞培養(yǎng)中對該新病毒都是有效的，因而用這些藥物作為防止流感疫情的第一道防線的做法是正確的。

觸發(fā)深水水稻中間節(jié)增長的基因

亞洲季風(fēng)季節(jié)的洪澇災(zāi)害會對水稻作物造成廣泛破壞。一些品種的水稻已通過獲得使莖稈迅速加長的能力而適應(yīng)了這種環(huán)境壓力。正常情況下，這種類型的水稻可長到約1米高，但當(dāng)發(fā)生洪澇災(zāi)害時，其莖稈會發(fā)生迅速的、急劇的中間節(jié)增長，能長到幾米高，其高度由水位決定。Hattori等人識別出了觸發(fā)深水水稻中間節(jié)增長的基因，它們分別是SNORKEL1和SNORKEL2。這兩個基因編碼調(diào)控氣態(tài)植物激素乙烯信號作用的轉(zhuǎn)錄因子。將這些基因?qū)敫弋a(chǎn)栽培品種中，有可能幫助易發(fā)生洪澇地區(qū)的水稻增產(chǎn)。

來源：科學(xué)時報