英国Nature杂志，2007年3月1日出版
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封面故事：DFM的最新应用
Chemical identification of individual surface atoms by atomic force
microscopy
“动态力显微镜”（DFM）是通过探测一个原子力显微镜（AFM）的振荡尖和一个
表面之间相互作用来工作的，它已经发展到了对绝缘体、半导体和金属表面的探
测达到真正原子分辨率的程度。在本期Nature发表的一篇具有里程碑意义的研究
成果中，该方法被用来进行一个多元素体系中单个原子的化学识别。该方法涉及
对被探测原子与AFM尖部之间短距离化学力的精确量化，它能为低温及室温环境
提供一个可靠而通用的识别工具。本期封面所示为由硅原子（红色）、锡原子
（蓝色）和铅原子（绿色）按相同比例在一个硅（111）基质上形成的一种表面
合金的一幅形貌图。这种原子级的识别方法在如催化、材料科学和半导体技术等
广泛的研究领域都可能找到用武之地。（Letter p. 64; News & Views）
生态研究不能只关注生物多样性（DIVERSE REPORTS）
Protecting biostructure
人们普遍认为生物多样性在下降，而且也几乎普遍地认为这是一件坏事。但在本
期的一篇Connections文章中，Kevin McCann则认为，生态研究往往太多地注重
生物多样性本身，而太少地关注维持生态系统的生物结构。最近关于食物链的研
究工作表明，生活环境的均一化以及移动捕食者从食物链顶端的流失，正在严重
降低整个生态系统在变化面前的稳定性。因此，现在是用对濒危生态系统更复杂
的描述来取代物种数量的时候了。（Connections p. 29）
CD38对行为的影响（A niceness protein?）
CD38 is critical for social behaviour by regulating oxytocin secretion
跨膜信号糖蛋白CD38的一个出乎意料的活动表明，它有一个新颖的行为作用。
CD38存在于很多免疫细胞表面上，与无脊椎动物卵的授精、HIV感染、某些癌症
以及糖尿病等有关。大脑中CD38的含量很高，这在以前让人感到困惑，而现在则
容易理解了：研究发现，它调控小鼠催产激素在原生质中的含量。缺少CD38的小
鼠表现出有缺陷的哺育行为（雌性）和社会行为（雄性）。这表明，CD38调控母
性和社会行为，是神经发育失调的一个可能的因素。（Article p. 41）
“安德森局域化”效应的实验观测（The stillness of electrons）
Transport and Anderson localization in disordered two-dimensional
photonic lattices
固体物理中最有趣的现象之一是“安德森局域化”（Anderson
Localization），它预测当把一个电子置于一个紊乱的晶格中时，这个电子就会
被固定。由菲利普*安德森1958年建立的这个模型原是用来解释晶体是怎样停止
导电并变成绝缘体的（以及回答它们当中的缺陷密度什么时候增加），几十年来
却被用来了解固体结构中的电子性质。然而，真正的“安德森局域化”效应尚未
在原子晶体中观测到，因为它们往往会与该模型所描述的情形有所偏差（按照该
模型的描述，该现象是一个具有被凝固在了时间中的波动的周期势）。现在，以
色列海法技术学院所做的新的研究工作，通过使用一个在其上施加了随机波动的
光子晶格，在一个由被扰动的周期势构成的真正的安德森晶格中证实了局域化效
应的存在。这些发现提出了与紊乱和非线性之间相互作用的基本性质相关的有趣
问题。（Letter p. 52; N&V）
Graphene材料中的超电流（Graphene’s supercurrent）
Bipolar supercurrent in graphene
Graphene已经成为凝聚态物理学中的一个模型体系，因为其带电荷的粒子能以相
对论速度运动，从效果来看，其行为就好像它们没有质量一样。这种现象导致了
一些奇特的电子输送性质，就像本期Nature所介绍的那种。在夹在两个超导电极
之间的一个Graphene层中，一个超导电流可在低温下流动。电流要么是被电子、
要么是被空穴运载的，这取决于门电压，因而也取决于Graphene层中的电荷密
度。有趣的是，即使当电荷密度为零时，一个有限的超电流（supercurrent）也
可以流动。这些观测结果为研究被称为“时间反转对称”的相对论现象以及
Graphene中的电子输送机制提供了线索。（Letter p. 56）
似平而不平的膜状石墨材料Graphene（Graphene: flatish not flat）
The structure of suspended graphene sheets
Graphene—一种最近发现的厚度只有一个原子那么大的石墨—是材料科学和凝聚
态物理学中最热门的研究课题之一。在一项实验中，研究人员将各层Graphene悬
挂在微型脚手架上，这样，就可以用透射电子显微镜来确定其结构，从而也许可
为回答Graphene这样一种物质为什么会存在的问题铺平道路。看来，呈二维层状
结构的Graphene实际上并不是平坦的，而是波状的。在一个两层体系中，这种起
伏不是很明显，在多层体系中会完全消失。了解更多关于这种“波动”的性质，
也许有助于弄清为什么这些极薄的碳膜如此稳定。（Letter p. 60）
脊索功能的一种特殊组织类型（Running through the gears）
A topographic map of recruitment in spinal cord
研究人员在脊索中发现了一种出乎意料的功能组织类型：幼小斑马鱼脊索中沿背
腹轴方面的一个神经元的位置，与诱发该神经元爆发的游动速度直接相关。电生
理学和活体成像研究显示，位置更靠背部的运动神经元和激发性中间神经元游动
速度更快，而位置更靠腹部、朝向脊索下半部分的神经元爆发速度较慢。脊索功
能的这种明显分布，能使斑马鱼在其全部速度范围内游动效率更高。早期脊索发
育从鱼类到两栖类和哺乳动物在演化过程中都被高度保留了下来，所以这种类型
的组织在动物界的其他地方也许还能找到。（Letter p. 71）
低钾型周期性麻痹的一个可能的分子机制（Channel crossings）
Gating pore current in an inherited ion channelopathy
钠输送通道固有的缺陷引起若干种遗传性“离子通道病理”，包括周期性麻痹、
心律不齐、癫痫和慢性疼痛。然而，其他一些“离子通道病理”背后的分子机制
我们还不知道。低钾型周期性麻痹就是其中的一个，现在，研究人员为这种病理
找到了一个可能的解释。根据对蟾蜍卵所做的研究，似乎门控小孔电流（提供一
个电压探测功能）所发生的突变与该病理及该疾病的遗传有关。对其他“离子通
道病理”中已知突变所做的扫描，显示了可能改变门控小孔电流的其他缺陷，所
以这一机制也许是造成该疾病的一个重要因素。（Letter p. 76; News &
Views）
兔唇的出生前防治有了希望（Cleft palate repair）
Chemical rescue of cleft palate and midline defects in conditional
GSK-3 mice
如果能够找到一种新颖的化学遗传学方法，来以一种可逆的、时间受到控制的方
式调控小鼠胎儿中的一种重要发育蛋白（GSK-3β），那么这种方法将具有重要
意义。引人注目的是，这种调控可在母亲子宫内实现。GSK-3β (glycogen
synthase kinase-b)参与很多不同的生物学过程，通过基因工程方法使其失去这
种酶的小鼠会出现兔唇，这种出生缺陷可通过子宫中的挽救手段得到逆转。在这
一研究具有临床意义之前，还需要实现几个关键的突破，但显示基于小分子的治
疗方法能够防止出生缺陷的实验结果是一个重要的原理证明。（Letter p. 79）
疟原虫电子传输系统的功能（One trick pony）
Specific role of mitochondrial electron transport in blood-stage
Plasmodium falciparum
看来，疟疾寄生虫镰刀形疟原虫的线粒体电子传输链只有一个功能。它惟一剩下
的功能是产生泛醌(辅酶Q)（英文名：ubiquinone），它是一种嘧啶生物合成酶
所需的一个电子受体。很多单细胞真核生物已经在演化过程中失去了线粒体基因
组，镰刀形疟原虫在血液中的阶段似乎就接近这个阶段。该寄生虫的电子传输系
统之所以让研究人员特别感兴趣，是因为它是抗疟疾药物如氯胍（proguanil）
等的一个作用目标。（Letter p. 88）
可有效控制出血热的抗体（Viral receptor identified）
Transferrin receptor 1 is a cellular receptor for New World
haemorrhagic fever arenaviruses
转铁蛋白受体-1(TfR1)已被发现是四个“新世界”沙粒病毒的细胞受体，这四个
沙粒病毒分别是Junin、Machupo、Guanarito 和 Sabia病毒。这一类沙粒病毒之
所以重要，是因为它们能引起致命的出血热。用一种针对TfR1的抗体来处理培养
的细胞，能阻止病毒进入和复制。限制沙粒病毒抗体复制、而又不干扰宿主离子
代谢的抗体，也许能够有效控制“新世界”出血热。（Letter p. 92）
一种昆虫病毒多面体微晶的分子结构已被确定（Tough cubes）
The molecular organization of cypovirus polyhedra
能够产生传染性多面体结构（包裹数以千计病毒微粒的晶体）的昆虫病毒广泛存
在而且相当重要。这种多面体微型晶体非常稳定，能使疾病持久存在，能威胁到
蚕茧收成等。现在，这样一种晶体的分子结构已经被确定。这是蛋白质X-射线微
晶研究中的一个重大技术成就，因为这些病毒是迄今被用来确定原子结构的最小
的蛋白晶体。该研究显示了非常稳定的多面体结构，它们有可能用作生物杀虫剂
的输送胶囊，也可用于微阵列等纳米生物技术应用。（Letter p. 97; News &
Views）
Chemical identification of individual surface atoms by atomic force
microscopy
“动态力显微镜”（DFM）是通过探测一个原子力显微镜（AFM）的振荡尖和一个
表面之间相互作用来工作的，它已经发展到了对绝缘体、半导体和金属表面的探
测达到真正原子分辨率的程度。在本期Nature发表的一篇具有里程碑意义的研究
成果中，该方法被用来进行一个多元素体系中单个原子的化学识别。该方法涉及
对被探测原子与AFM尖部之间短距离化学力的精确量化，它能为低温及室温环境
提供一个可靠而通用的识别工具。本期封面所示为由硅原子（红色）、锡原子
（蓝色）和铅原子（绿色）按相同比例在一个硅（111）基质上形成的一种表面
合金的一幅形貌图。这种原子级的识别方法在如催化、材料科学和半导体技术等
广泛的研究领域都可能找到用武之地。（Letter p. 64; News & Views）
生态研究不能只关注生物多样性（DIVERSE REPORTS）
Protecting biostructure
人们普遍认为生物多样性在下降，而且也几乎普遍地认为这是一件坏事。但在本
期的一篇Connections文章中，Kevin McCann则认为，生态研究往往太多地注重
生物多样性本身，而太少地关注维持生态系统的生物结构。最近关于食物链的研
究工作表明，生活环境的均一化以及移动捕食者从食物链顶端的流失，正在严重
降低整个生态系统在变化面前的稳定性。因此，现在是用对濒危生态系统更复杂
的描述来取代物种数量的时候了。（Connections p. 29）
CD38对行为的影响（A niceness protein?）
CD38 is critical for social behaviour by regulating oxytocin secretion
跨膜信号糖蛋白CD38的一个出乎意料的活动表明，它有一个新颖的行为作用。
CD38存在于很多免疫细胞表面上，与无脊椎动物卵的授精、HIV感染、某些癌症
以及糖尿病等有关。大脑中CD38的含量很高，这在以前让人感到困惑，而现在则
容易理解了：研究发现，它调控小鼠催产激素在原生质中的含量。缺少CD38的小
鼠表现出有缺陷的哺育行为（雌性）和社会行为（雄性）。这表明，CD38调控母
性和社会行为，是神经发育失调的一个可能的因素。（Article p. 41）
“安德森局域化”效应的实验观测（The stillness of electrons）
Transport and Anderson localization in disordered two-dimensional
photonic lattices
固体物理中最有趣的现象之一是“安德森局域化”（Anderson
Localization），它预测当把一个电子置于一个紊乱的晶格中时，这个电子就会
被固定。由菲利普*安德森1958年建立的这个模型原是用来解释晶体是怎样停止
导电并变成绝缘体的（以及回答它们当中的缺陷密度什么时候增加），几十年来
却被用来了解固体结构中的电子性质。然而，真正的“安德森局域化”效应尚未
在原子晶体中观测到，因为它们往往会与该模型所描述的情形有所偏差（按照该
模型的描述，该现象是一个具有被凝固在了时间中的波动的周期势）。现在，以
色列海法技术学院所做的新的研究工作，通过使用一个在其上施加了随机波动的
光子晶格，在一个由被扰动的周期势构成的真正的安德森晶格中证实了局域化效
应的存在。这些发现提出了与紊乱和非线性之间相互作用的基本性质相关的有趣
问题。（Letter p. 52; N&V）
Graphene材料中的超电流（Graphene’s supercurrent）
Bipolar supercurrent in graphene
Graphene已经成为凝聚态物理学中的一个模型体系，因为其带电荷的粒子能以相
对论速度运动，从效果来看，其行为就好像它们没有质量一样。这种现象导致了
一些奇特的电子输送性质，就像本期Nature所介绍的那种。在夹在两个超导电极
之间的一个Graphene层中，一个超导电流可在低温下流动。电流要么是被电子、
要么是被空穴运载的，这取决于门电压，因而也取决于Graphene层中的电荷密
度。有趣的是，即使当电荷密度为零时，一个有限的超电流（supercurrent）也
可以流动。这些观测结果为研究被称为“时间反转对称”的相对论现象以及
Graphene中的电子输送机制提供了线索。（Letter p. 56）
似平而不平的膜状石墨材料Graphene（Graphene: flatish not flat）
The structure of suspended graphene sheets
Graphene—一种最近发现的厚度只有一个原子那么大的石墨—是材料科学和凝聚
态物理学中最热门的研究课题之一。在一项实验中，研究人员将各层Graphene悬
挂在微型脚手架上，这样，就可以用透射电子显微镜来确定其结构，从而也许可
为回答Graphene这样一种物质为什么会存在的问题铺平道路。看来，呈二维层状
结构的Graphene实际上并不是平坦的，而是波状的。在一个两层体系中，这种起
伏不是很明显，在多层体系中会完全消失。了解更多关于这种“波动”的性质，
也许有助于弄清为什么这些极薄的碳膜如此稳定。（Letter p. 60）
脊索功能的一种特殊组织类型（Running through the gears）
A topographic map of recruitment in spinal cord
研究人员在脊索中发现了一种出乎意料的功能组织类型：幼小斑马鱼脊索中沿背
腹轴方面的一个神经元的位置，与诱发该神经元爆发的游动速度直接相关。电生
理学和活体成像研究显示，位置更靠背部的运动神经元和激发性中间神经元游动
速度更快，而位置更靠腹部、朝向脊索下半部分的神经元爆发速度较慢。脊索功
能的这种明显分布，能使斑马鱼在其全部速度范围内游动效率更高。早期脊索发
育从鱼类到两栖类和哺乳动物在演化过程中都被高度保留了下来，所以这种类型
的组织在动物界的其他地方也许还能找到。（Letter p. 71）
低钾型周期性麻痹的一个可能的分子机制（Channel crossings）
Gating pore current in an inherited ion channelopathy
钠输送通道固有的缺陷引起若干种遗传性“离子通道病理”，包括周期性麻痹、
心律不齐、癫痫和慢性疼痛。然而，其他一些“离子通道病理”背后的分子机制
我们还不知道。低钾型周期性麻痹就是其中的一个，现在，研究人员为这种病理
找到了一个可能的解释。根据对蟾蜍卵所做的研究，似乎门控小孔电流（提供一
个电压探测功能）所发生的突变与该病理及该疾病的遗传有关。对其他“离子通
道病理”中已知突变所做的扫描，显示了可能改变门控小孔电流的其他缺陷，所
以这一机制也许是造成该疾病的一个重要因素。（Letter p. 76; News &
Views）
兔唇的出生前防治有了希望（Cleft palate repair）
Chemical rescue of cleft palate and midline defects in conditional
GSK-3 mice
如果能够找到一种新颖的化学遗传学方法，来以一种可逆的、时间受到控制的方
式调控小鼠胎儿中的一种重要发育蛋白（GSK-3β），那么这种方法将具有重要
意义。引人注目的是，这种调控可在母亲子宫内实现。GSK-3β (glycogen
synthase kinase-b)参与很多不同的生物学过程，通过基因工程方法使其失去这
种酶的小鼠会出现兔唇，这种出生缺陷可通过子宫中的挽救手段得到逆转。在这
一研究具有临床意义之前，还需要实现几个关键的突破，但显示基于小分子的治
疗方法能够防止出生缺陷的实验结果是一个重要的原理证明。（Letter p. 79）
疟原虫电子传输系统的功能（One trick pony）
Specific role of mitochondrial electron transport in blood-stage
Plasmodium falciparum
看来，疟疾寄生虫镰刀形疟原虫的线粒体电子传输链只有一个功能。它惟一剩下
的功能是产生泛醌(辅酶Q)（英文名：ubiquinone），它是一种嘧啶生物合成酶
所需的一个电子受体。很多单细胞真核生物已经在演化过程中失去了线粒体基因
组，镰刀形疟原虫在血液中的阶段似乎就接近这个阶段。该寄生虫的电子传输系
统之所以让研究人员特别感兴趣，是因为它是抗疟疾药物如氯胍（proguanil）
等的一个作用目标。（Letter p. 88）
可有效控制出血热的抗体（Viral receptor identified）
Transferrin receptor 1 is a cellular receptor for New World
haemorrhagic fever arenaviruses
转铁蛋白受体-1(TfR1)已被发现是四个“新世界”沙粒病毒的细胞受体，这四个
沙粒病毒分别是Junin、Machupo、Guanarito 和 Sabia病毒。这一类沙粒病毒之
所以重要，是因为它们能引起致命的出血热。用一种针对TfR1的抗体来处理培养
的细胞，能阻止病毒进入和复制。限制沙粒病毒抗体复制、而又不干扰宿主离子
代谢的抗体，也许能够有效控制“新世界”出血热。（Letter p. 92）
一种昆虫病毒多面体微晶的分子结构已被确定（Tough cubes）
The molecular organization of cypovirus polyhedra
能够产生传染性多面体结构（包裹数以千计病毒微粒的晶体）的昆虫病毒广泛存
在而且相当重要。这种多面体微型晶体非常稳定，能使疾病持久存在，能威胁到
蚕茧收成等。现在，这样一种晶体的分子结构已经被确定。这是蛋白质X-射线微
晶研究中的一个重大技术成就，因为这些病毒是迄今被用来确定原子结构的最小
的蛋白晶体。该研究显示了非常稳定的多面体结构，它们有可能用作生物杀虫剂
的输送胶囊，也可用于微阵列等纳米生物技术应用。（Letter p. 97; News &
Views）
