封面故事:用纳米晶体进行“取代掺杂”

本期封面所示为掺杂一个半导体超晶格而又不会破坏有序阵列的金纳米晶体图像。掺杂(广泛用于半导体、稀磁材料和磷)是将外来原子引入一种主体材料内、以便改善或生成新的电子性能、磁性能和光性能的一个过程。Christopher Murray及同事将“取代掺杂”的概念引入到了纳米晶体超晶格中，在其中采用的是人造原子(均匀的纳米晶体)而不是真正的原子。他们显示，金纳米晶体会随机吸收到一个半导体(CdSe或PbSe)纳米晶体超晶格中，在其中一个纳米晶体可被具有同样大小但不同组成的另一个纳米晶体取代。这样生成的材料的导电性由受掺杂剂的密度和分布控制的金属渗透通道来调制。自聚集方式的采用意味着，这一新方法应可以广泛适用于一系列不同材料和组成。封面图片: Ella Marushchenko

真核生物中原核生物基因的来源

多年来，人们一直假设，真核生物基因组中所见的原核生物基因一定是在一个原核细胞器的内共生之后到达那里的。但最近的证据表明，在真核生物之间以及在原核生物和真核生物之间也存在实质性的横向基因转移。对细菌、古菌和真核生物基因组所做的这项分析，没有发现连续横向基因转移对真核基因内容的演化具有可以检测得到的累积影响的证据。相反，真核生物是在广泛的差异基因(differential gene)丢失之后、在相应于线粒体和质体起源的两次“演化涌入”事件中获得其原核生物基因的。这一历史在复杂细胞的核基因组中留下了内共生的一个巨大印记。

翻转酶的机制被揭示了出来

脂质穿过膜双层的转位(被称为翻转)是维持脂质非对称性所必需的，也是信号传导和囊泡形成等过程所要求的。嵌入在膜中的脂质(含有大型极性头基)的翻转是缓慢的，从能量角度来讲也是不利的。这一过程由翻转酶催化，其机制目前尚不知道。本文作者获得了ABC transporter PglK的X-射线晶体结构，该物质在Campylobacter jejuni中、在向内和向外的状态下帮助“脂联寡糖”(LLO)的翻转。这些结构和随后的生物化学实验支持一个不同寻常的机制，在其中LLO的“聚戊烯基”尾巴仍然部分嵌入在脂质双层中，“焦磷酸盐-寡糖”头基在ATP被水解之后翻转到了向外的空腔内。

用于碳-碳键之形成的多催化剂方法

用于新的碳-碳键之形成的过渡金属催化法被用来合成一系列不同的小分子，包括药物。在仅用一种金属不能促进选择性或高效率转变的情况下，可以改用两种不同催化剂的协同作用(多金属催化)。这一方法的应用一直主要限于具有截然不同反应活性的金属的使用。本文作者显示，一种镍催化剂和一种钯催化剂之间的合作可被用来将溴代芳烃与芳基三氟甲磺酸酯直接偶联，从而免除对芳基金属试剂的需求。每种催化剂单独使用时产率不到5%，但两种催化剂同时使用时产率可达94%。这些结果显示了用于联芳烃、杂芳烃和二烯烃合成的一个新的通用方法，并且应能简化药物的合成——它们当中很多目前都是用预制有机金属试剂合成的。

视网膜的目标运动检测机制

哺乳动物视网膜含有很多不同类型的中间神经元，被称为“无长突细胞”，它们与很多类型的“视网膜神经节细胞”(RGC)形成特定连接，但我们对一个连接的特定性是怎样出现的知之甚少。Joshua Sanes及同事发现，小鼠W3B-RGCs (检测目标相对于一个移动背景之运动的一种细胞类型)从表达“囊泡谷氨酸盐转运体-3”的“无长突细胞”接收强大的、特定性的和激发性的输入信号。这种选择性连接由在两种细胞上都有表达的识别分子“sidekick 2”之间的“嗜同种相互作用”介导。破坏这种连接，会影响W3B-RGCs的目标运动检测。结合以前的研究工作，这些发现支持关于视网膜内网织层中突触特定性的一个多步骤模型。

与线粒体功能障碍相关的蛋白运输

线粒体功能障碍和细胞蛋白平衡失败是很多疾病和与年龄相关的病变的特征。受损的线粒体会通过各种机制(包括能量剥夺)导致细胞死亡。现在，本期Nature上的两篇论文描述了另外一种机制：来自胞质中的核糖体的线粒体蛋白的低效运输。Xiaowen Wang和Xin Jie Chen发现，线粒体损伤会阻断核编码的蛋白向线粒体内的运输，通过触发胞质中他们命名为“线粒体前体过度积累压力”(mPOS)的通道造成细胞退化。作者还识别出一个由补偿过程(其中大部分与蛋白周转和折叠的调制有关)组成的抗退化网络，它们对抗mPOS，以帮助细胞存活。Agnieszka Chacinska及同事通过对细胞内的转录组和蛋白组变化进行详细分析，研究了对蛋白向线粒体内的运输过程的失常的反应。他们还识别出了保护细胞不受线粒体生源缺陷影响的通道，后者主要涉及通过蛋白酶体机制抑制蛋白合成和增加蛋白清除。

板块内地震活动的根源

Thorsten Becker等人发表了来自地幔流模型的研究结果，它们显示了远离美国西部板块边界的地震活动与“动态地形”(即来自地幔流的垂直法向应力)的速度变化之间所存在的一个关系。他们得出结论认为，地幔流在这种板块内环境中在决定地形、地质构造和地震风险方面起着一个举足轻重的、可以量化的作用。

一个双星体系中多行星系统的脆弱性

在对一个多行星太阳系外行星系统(在其中主星有一个远距离的双星伴星)中的轨道动态和演化所做的这一数值模拟中，Jihad Touma和Seshadri Sridhar显示，迁移中的行星易受由遥远伴星造成的扰动的影响。当轨道进动快到足以与遥远双星伴星的轨道运动发生共振时，该模型所产生的结果从大的行星偏心度和相互倾角的激发到该太阳系外行星系统总体上被破坏不等。

来自尾场等离子体的加速正电子

传统射频粒子加速器从大小和成本来讲都在逼近研发极限。等离子体尾场加速器是一个很有希望的替代方案。在这种装置中，一个电子束当其在由第二个电子束产生的尾迹中的一个等离子体波浪上“冲浪”时会被加速。以前，在加速电子方面曾经获得了有希望的结果，但要做出一台电子-正电子对撞机还要求加速的正电子。在这项研究中，Sebastien Corde等人演示了一个新的加速方案，在其中，处在一个正电子束前面的粒子会将能量向其后方转移。这些正电子在此过程中会在1.3米的距离上获得5千兆电子伏特的能量，能量分散度较低。这意味着，加速电场比射频加速器强两个数量级。

用铜靶来提升原子激光器的性能

利用短波长激光产生相干X-射线是X-射线科学中一个长期未能实现的目标。以前，已经研发出了一台用于软X-射线的、基于氖原子、由一个X-射线自由电子激光器泵输的原子激光器。Hitoki Yoneda等人利用一个固体铜靶在硬X-射线范畴内的1.54 Å处实现了一台原子激光器。该铜靶被SACLA (SPring-8 Angstrom Compact Free Electron Laser，即“SPring-8埃紧凑型自由电子激光器”)离子化，以实现强放大的自发发射。这样获得的原子激光器能产生比泵输X-射线自由电子激光脉冲更好的一个X-射线束。其波长要比以前报道的几乎短十倍，将为超快X-射线光谱和量子光学创造很多机会。

点击下载浏览该文件../_img/UploadFiles/201591621012.gif