本月前十位亮点排名

2017年8月22日 ~ 2017年9月21日

  • 量子通信安全

    Nature 549 (2017年9月7日)

    量子物理定律催生了超安全密码学和量子通信协议。然而,这些协议必须与卫星协作才能在全球网络中发挥功能。将现存协议扩展至如此长的距离是一项巨大的实验挑战。潘建伟领导的研究小组在本期《自然》期刊上发表了两篇论文,他们利用低轨卫星“墨子号”,向建立全球量子网络又迈进了一步。作者实现了距离达1,200千米的星地量子密钥分发——量子密码系统不可或缺的组成部分,且成码率达千赫兹。另外,还报告了距离达1,400千米的单光子量子比特隐形传态。量子隐形传态是将一个量子物体的确切状态从一个地方转移到另一个地方,却不移动物体本身,它是许多量子通信协议的核心过程。这两个实验表明“墨子号”或将成为全球量子网络的首个成员。

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    doi: 10.1038/nature23655 | 全文  | PDF

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    doi: 10.1038/549041a | 全文  | PDF

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    doi: 10.1038/nature23675 | 全文  | PDF

  • 微生物模拟人类信号传导

    Nature 549 (2017年9月7日)

    人们愈来愈认识到微生物群所产生的代谢物对人体生理具有潜在作用和影响。Sean Brady及同事报告称,肠道细菌产生的N-酰基酰胺可与宿主的GPCR受体互作。他们利用小鼠和细胞进行试验,发现这些细菌代谢物的作用与GPR119激动剂类似,且可能可以调控小鼠的代谢激素和糖稳态。这些发现表明来自微生物群的配体能够模仿真核生物的信号传导分子,这种拟态或可用于未来的干预治疗。

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    doi: 10.1038/nature23874 | 全文  | PDF

  • 机器学习加速对强引力透镜的分析

    Nature 548 (2017年8月31日)

    强引力透镜在研究高红移宇宙中非常有用,但是确定透镜模型是耗时耗力的工作,需要由了解该物理过程的专家来完成。预计未来将发现成千上万有待分析的新透镜。Yashar Hezaveh及同事表明,深度人工神经网络通过机器学习,能够在维持一定准确度的情况下将确定透镜模型的速度提高1000万倍。非专家人士也能操作这个软件,从而使更多的研究者能够分析未来将大量产生的透镜数据。

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    doi: 10.1038/nature23463 | 全文  | PDF

  • 封面故事:突触膜胞外分泌的分子机制

    Nature 548 (2017年8月24日)

    突触囊泡启动并与突触前膜快速融合,令动作电位快速触发神经递质释放。但是人们对突触囊泡启动的分子机制一直不甚清楚。现已知该过程涉及SNARE复合体和synaptotagmin-1蛋白之间的相互作用。在本周的《自然》中,Axel Brunger及同事完善了这方面的认识,他们展示了已启动的融合前复合体晶体结构,它包括SNARE复合体(绿色、红色和蓝色)、complexin蛋白(黄色)和另外一个synaptotagmin-1蛋白分子(紫色)。最新发现这个复合体包含一个SNARE–complexin–synaptotagmin-1复合界面,它可以启动和锁住复合体动作。动作电位驱动的钙离子与两个synaptotagmin-1蛋白结合,开启复合体并在亚毫秒时间尺度上触发膜融合。封面图片:Eric Smith、Jeremy Leitz和Qiangjun Zhou。

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    doi: 10.1038/nature23484 | 全文  | PDF

  • 脂多糖转运的“捕捉及翻转”机制

    Nature 549 (2017年9月14日)

    脂质穿过膜双层的转位和翻转对保持脂质不对称性至关重要,而这在膜运输和信号传导中也起一定的作用。翻转酶,即能够翻转脂多糖(LPS)的细菌ATP结合盒转运蛋白,可催化此过程。由于LPS转运对细菌生存具有重要意义,因此这些转运蛋白也是抗生素研发的靶标。在本论文中,研究人员介绍了大肠杆菌(Escherichia coli )翻转酶MsbA识别LPS的结构基础,并揭示了LPS的运动轨迹。作者利用冷冻电子显微镜,展现了脂质穿过细菌膜过程的几个状态。在其中一个状态中,他们检测到了与LPS对应的MsbA跨膜域内的电子密度。研究人员在此基础上提出了“捕捉及翻转”机制——LPS不用翻转而转位至转运蛋白。

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    doi: 10.1038/nature23649 | 全文  | PDF

  • 调节上皮细胞周转和器官大小的反馈机制

    Nature 548 (2017年8月31日)

    大多数成熟器官都处在持续更新的状态中,衰老的细胞不断被干细胞后代取代。为了让器官大小保持不变,细胞的产生和消亡应保持严格的平衡状态,但是科学家并不清楚这种控制是如何实现的。在本期《自然》中,Lucy Erin O’Brien及同事发现,细胞更新过程中细胞之间的局部交流能产生组织层面的平衡,从而保持器官大小不变。通过研究果蝇(Drosophila)的肠道(如封面所示),O’Brien和她的团队揭示了一种反馈机制:衰老的肠上皮细胞死亡阻断干细胞分化。在健康的肠上皮细胞中,上皮细胞钙粘蛋白通过抑制表皮生长因子(EGF)激活蛋白酶Rhomboid来阻止EGF的分泌。在肠上皮细胞经历正常死亡时,损失上皮细胞钙粘蛋白会触发对Rhomboid的诱导,从而激活附近干细胞上的EGF受体,引起细胞替代。通过将细胞替代限制在所需的准确时间和位置,该机制保证了组织层面的平衡。封面图片:Lucy Erin O’Brien与Jackson Liang。

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    doi: 10.1038/nature23678 | 全文  | PDF

  • 运用CRISPR纠正基因突变

    Nature 548 (2017年8月24日)

    基因组编辑或可用于纠正人类胚胎的致病性突变,但是人们对于它的有效性和安全性仍存在极大的担忧。Shoukhrat Mitalipov及同事使用CRISPR-Cas9纠正人类胚胎的一种可遗传心肌症突变。通过优化实验条件,作者表明镶嵌性明显降低,而且对于这种杂合突变而言,在人类胚胎中使用野生型等位基因作为模板,CRISPR-Cas9诱导的双链断裂似乎会优先修复。该研究结果增进了我们对编辑人类生殖细胞所存在的希望和挑战的理解。

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    doi: 10.1038/nature23305 | 全文  | PDF

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    doi: 10.1038/nature23533 | 全文  | PDF

  • 火山活动产生的碳导致古代气候变暖

    Nature 548 (2017年8月31日)

    古新世-始新世极热事件是约5600万年前发生的一起由生态失调导致的地表温度上升事件。据信在这一事件中,大量的碳被释放出来,但是这些碳的总量及来源仍旧不明。本论文将一个地球系统模型中的硼同位素与碳同位素数据综合起来进行分析,发现碳的源头远比之前推测的分布更广,且大部分的碳释放可能与北大西洋火成岩区的火山作用相关。该研究还表明有机碳-气候反馈增强并非推动此事件发生的主要原因,事实上,大量有机物埋于地下导致释放出来的碳被封存并加速气候系统恢复。

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    doi: 10.1038/nature23646 | 全文  | PDF

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    doi: 10.1038/548531a | 全文  | PDF

  • 海岛生物地理学

    Nature 549 (2017年9月7日)

    本期封面所示为马丁瓦斯群岛,属于距巴西东海岸约1170千米的特林达迪和马丁瓦斯群岛。这些火山岛是Hudson Pinheiro及同事的重点研究对象,他们致力于探索该群岛近海水域岩礁鱼的演化史。岛屿生物地理学家往往专注于岛屿上的陆生栖息者,以及海平面变化、动植物入侵和特有生物体分布如何影响生物多样性。而生活在岛屿附近水域的海洋生物则没有吸引太多注意。Pinheiro及其团队对岩礁鱼的研究有助于人们更好地了解塑造岛屿水生环境的过程。研究人员发现海平面的变化促进了海洋物种形成,但是由于鱼类比陆地生物能更好地扩散,因此大量外来物种的涌入促进了生物多样性的提升。因此,作者总结表示岛屿地理、地质历史和海平面变化影响海洋生物扩散的方式与影响陆地生物的方式不同。封面图片:João Luiz Gasparini。

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    doi: 10.1038/nature23680 | 全文  | PDF

  • 野生生物多样性的益处

    Nature 549 (2017年9月14日)

    在实验研究中,生物多样性能提高生态系统的生产力和稳定性,但是这种关系是否在自然条件下的真实生态系统中成立并不确定。Emmett Duffy和Bradley Cardinale表明生物多样性能提高陆地和水域生态系统及分类群的生产力。生物多样性对生物量的积极影响比实验环境下的更明显,而且与其它已知的生态系统生产力驱动因素不相上下,甚至更大。这些发现证实了生物多样性对维持全球生态系统生产力的重要性,作者呼吁人们在制定全球政策时将这一点考虑在内。

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    doi: 10.1038/nature23886 | 全文  | PDF