7月16日《自然》杂志精选
封面故事：21世纪的STEM教育
《自然》杂志与《科学美国人》杂志合作，对“科学、技术、工程和数学”(STEM)教育方面的最新趋势进行分析。通过采用21世纪的学习原理，教育工作者应能够培养出更适合加入现代的、多学科的劳动力队伍的科学家和整体科学素养更高的普通民众。
大陆地壳的形成
Brenhin Keller和共同作者发表了关于大陆地壳两个基本构造成分——“火山岩”(外部喷发形成)和“深成岩”(内部固化形成)——的一个全球性地球化学数据集。他们的结果表明，对“火山岩”和“深成岩”样本来说，从原始玄武岩成分向长英岩成分的分化趋势在消减带环境中一般是无法分辨的，但在大陆裂谷中却是不同的。裂谷环境中主要元素和痕量元素分化模式的抵消表明，相对于干裂谷“火山岩”来说，“深成岩”岩浆的含水量更高，含水硅酸盐岩浆的喷发能力较低。这项工作说明，在两种构造环境中，造成中间岩浆和长英质岩浆生成的主要机制都是分离结晶，而不是地壳熔融。
豆科植物怎样识别固氮菌
根瘤菌感染豆科植物的根，在那里它们会诱导固氮根瘤的形成。这种共生关系在农业上有重要意义，因为它会减少对氮肥的需求。但豆科植物在它们所碰到的数千种不相容的土壤细菌中是怎样识别这些有益的共生伙伴的呢?我们知道，细菌表面上的“胞外多糖”对于这些微生物与多细胞生物之间的相互作用很重要。在这项研究中， Jens Stougaard及同事识别出一种“胞外多糖受体”(EPR3)，它介导野生豆科植物“百脉根”对根瘤菌的识别。EPR3的表达是在感知到被称为“Nod因子”的细菌信号作用分子时诱导产生的。该受体能识别相容的“胞外多糖”，从而控制共生性感染。
类固醇受体在乳腺癌中的相互作用
黄体酮(孕酮)和它们的受体(PR)以及雌激素和它们的受体(ERα和ERβ)在正常乳房发育和体内平衡中以及在乳腺癌中都发挥关键作用。在乳腺癌中，这些受体的存在已被用作乳腺癌是否会对ER受体拮抗剂有反应的一个预后标志。它们功能之间的关系此前还不是完全清楚，现在Jason Carroll及同事通过显示PR控制ERα功能揭示了这个谜底的一个关键构成部分。通过重新引导ERα与染色质的结合位置，它在ERα+ 乳腺癌中充当控制增生的一个“刹车”装置。相应地，PGR基因(该基因编码PR)的丧失与乳腺癌患者预后较差相关。
银河系中发现富勒烯C60
利克天文台天文学家Mary Lea Heger于1919年首次观测到后来被称为“星际弥散带”的东西。这些东西是来自“红化星”的吸收线。尽管现在已经知道了数百条这种吸收线，但产生它们的分子当中没有一个此前被明确识别出。1994年，Bernard Foing和Pascale Ehrenfreund报告了两个“星际弥散带”，它们的波长接近在一个“neon matrix”中测定出的富勒烯C60的吸收带的波长。而更确定的识别还要等待C60+的气相谱。现在，John P. Maier及同事发表了对C60+的气相谱的实验室测定结果，证实Foing 和Ehrenfreund观测到的“星际弥散带”的确来自C60+。由于 C60已经通过其红外光谱的检测在各种不同的星云中被检测到，所以银河系中的这一新的观测结果只会使人们对富勒烯在宇宙中所起作用更感兴趣。
干细胞通过纳米管进行通信
干细胞龛会发出只有干细胞而不是它们的分化后代才会对其做出反应的短距离信号。目前仍不清楚这种特异性是如何做到的。Yukiko Yamashita及同事报告说，果蝇的雄性生殖干细胞能形成以前没有被识别出的结构，即基于微管的纳米管，后者会延伸到hub(干细胞龛的一个主要组成部分)内，介导干细胞龛的信号传导。这些纳米管携带干细胞龛发出的信号的受体，是这种自我更新的信号向生殖干细胞的传播所需的。
7月23日《自然》杂志精选
封面故事：以成年斑马鱼为基础的骨髓移植系统
本期封面所示为人工培育出的用作一个新颖的、有竞争力的骨髓移植系统的成年斑马鱼。“造血干细胞和祖细胞”(HSPC)移植在临床上被用来治疗血液和免疫系统的某些癌症和疾病，但我们对HSPC怎样嫁接到移植对象上仍然知之甚少。Leonard Zon及同事通过成年斑马鱼建立了一个有竞争力的骨髓移植系统，在其中嫁接情况通过对肾脏(成年造血点)的活体荧光成像进行测定。通过采用这一模型来筛选“嫁接增强”活性，作者发现环氧—二十碳三烯酸(EET ，其中包括11,12-EET和14,15-EET)是能够通过一个由转录因子Runx1介导的表达程序的激活来增强嫁接和HSPC分化的药物。EET的这种活性在小鼠身上保留了下来，说明EET可能具有促进骨髓移植的临床潜力。
内嗅皮层中的“速度细胞”
人们早就假设，在内嗅皮层中，当一个动物穿过其环境运动时，网格细胞需要关于动物跑动速度的信息来正确编码周期性空间放电场。然而，这种信号传输速度信息的来源以前却没有被识别出。在这项研究中，Edvard Moser及同事在内嗅皮层(MEC)中分离出根据神经放电速度线性编码跑动速度的一个特定类别的神经元。这些“速度细胞”与其他具有特定功能的MEC神经元截然不同，以独立于周围环境的方式编码速度。
一个ABC运输物的结构
这篇论文发布了一个蛋白转位ABC运输物在ATP存在和不存在两种情况下的X射线晶体结构。该运输物是来自“热纤梭菌”的一个“含肽酶的能结合ATP的盒转运体”(PCAT)。这些结构和与之相伴的生化实验表明，这一蛋白的转位通道是一个穿越了几乎整个脂质双层的很大的α-螺旋桶;这一α-螺旋桶的空腔大到足以能够容纳一个小型的完全折叠的蛋白分子。PCAT在原核生物中普遍存在。在革兰氏阳性细菌中，它们输出群体感应和抗菌性多肽。在革兰氏阴性细菌中，它们作为I-型分泌系统的一部分与其他膜蛋白相互作用。
图论为3D纳米尺度打印铺平道路
源自DNA遗传性的约束条件为DNA可以怎样被组装施加了重要限制，所以如果要实现复杂结构的话，“DNA折纸术”等程序仍然需要相当多的人工调整。在这篇论文中，Erik Benson及同事介绍了一个通用方法——采用单个螺旋，而不是紧密堆积在一起的螺旋束作为构造元件，这使得人们有可能设计和生成用现有方法非常难以实现的复杂DNA结构。由此获得的纳米结构比一般在生物分析中所碰到的条件下用传统“DNA折纸术”获得的纳米结构更稳定。而且由于整个设计过程可以很容易实现高度自动化，所以它使得实用的纳米尺度三维打印离我们更近了一步。
合成手性胺类的简单方法
亚胺(碳—氮双键)在胺类合成中充当针对碳亲核体的亲电体，但如果能让亚胺的碳原子富含电子，从而使其能够充当针对一个碳亲电体的一个亲核体的话，可合成胺类的范围就可以极大扩大。Li Deng 及同事建立了正好能够做到这一点的一个方法。他们报告了新型相转移催化剂的发现和开发，这种催化剂能促进亚胺和二烯醛的高效非对称反应。该反应为手性胺类化合物的合成提供了一个新概念的、实用的方法。
7月24日《科学》杂志精选
新技术可显著改善柔性材料导电性
在创制最佳导体的竞赛中，研究人员发现了一种新的技术：将分层的碳纳米管片材沿着拉伸的纤维芯排列，这样便可制造出一种功效大得多但又柔性的导电材料。这种材料的潜力对从改善起搏器的导联和发光显示器到电池和超级电容器等都具有广泛的意义。制造一种有着高度弹性但又能在扭曲时维持高水平导电性的导电材料一直富有挑战性——现有的使用不同纳米纤维、石墨烯、纤维和橡胶的材料常常无法做到这一点。然而，通过拉伸橡胶纤维芯达1400%左右并接着将一个平行碳纳米管鞘与拉紧的芯对齐，Liu和同事可极大地改善这些材料的导电性。这种方法可给出一个可观的拉伸—导电比率，当这种材料被拉伸1000%时，其导电性的降幅还不到5%。该团队通过制造一种更为复杂的使用第二层橡胶的材料组合将这一技术又推进了一步。它能在组合材料内允许有高度的扭曲，而这种组合材料可被用来控制人造肌肉的运动。通过制造显著更为有效的材料，这一研究或能对未来的医疗设备、光学元件、机器人能力及更多领域带来重大影响。
长有4条腿的动物化石提示蛇是从穴居始祖演化而来的
一个长有四条腿的蛇的化石的发现提示，这一动物亚目或是从穴居动物始祖而不是海从洋动物演化而来的。在巴西的克拉图组中发现的独特的四条腿的样本能让我们更多地了解这些生物如何转变成如今我们所熟悉且常常害怕的光洁、滑行的爬行动物。通过将之与其它已知蛇类物种进行比较来分析这一物种的基因学和形态学特征，并在4个不同分析中给予每个因子不同的权重，作者们确认该四条腿的动物实际上是现代蛇的始祖。新近发现的物种Tetrapodophis amplectus(它生活在1.46亿年前至1亿年前的早白垩世)保留了许多典型的蛇类特征——例如：短吻、长颅、拉长的身体、长有鳞片、尖牙及一个可吞下大型猎物的活动下颌。它也保留着在现代蛇类中所见的典型的脊椎结构，它能赋予收束猎物所需的极端的灵活性。Tetrapodophis与蛇类的主要且明显的差异是它有4个肢体，这些肢体看来不像是用于移动身体。
基因数据提供美洲原住民祖先如何进入美洲的信息
研究人员用古人和现代人的基因数据向人们呈示了一幅迄今为止最清晰的画面：现今美洲原住民的祖先是如何及在什么时候进入美洲的;它们显示，这些人是以单一的迁徙人潮(而不是像有些人曾经认为的以多次迁徙人潮)进入美洲的。要破解人是如何及在何时首次定居美洲的一直是一个挑战。尽管现代美洲原住民的祖先是跨越白令陆桥进入美洲的西伯利亚人的后裔的说法被广泛接受，但他们进入美洲的确切时间和方式则一直存在争议;研究人员所争论的有：美洲原住民始祖何时离开西伯利亚，他们是以一波人潮还是多个人潮来到美洲的(如果是多个人潮，这将成为基因多样化的一个根源)，以及他们在到达美洲之前被隔离在白令海峡地区的时间有多久(有一个模型提示有1.5万年)。为了帮助阐明这些问题，MaanasaRaghavan等人对来自美洲、西伯利亚和大洋洲的古人和现代人的基因组进行了测序和比较。在一系列分析的结果中(这些分析还利用了先前发表的来自欧洲和非洲的基因组数据集)，研究人员估计，美洲原住民的祖先从西伯利亚迁徙到美洲的时间不早于2.3万年前(当时正值苦寒的末次盛冰期)，且他们是在不超过8000年的索居之后进入美洲的。
是什么消灭了巨型动物
一项新的研究显示，气候变暖的快速阶段对晚更新世大型动物群的灭绝所起的作用要大于人类活动的作用。它对有关在末次冰期内巨型动物品种(即体重超过100磅的动物)被消灭原因的辩论提供了资讯——这是一个有高度争议的话题，有些科学家指出，人类的狩猎活动和陆地变更是其原因，而另外一些人则认定气候变化是其原因。该辩论的进展因为依赖化石证据来代替远古DNA研究而受到阻碍，后者更能阐明动物种群的重大变化(如迁徙或灭绝事件)。为了解析出人类活动或变化的气候在晚更新世巨型动物灭绝中所起的作用，Alan Cooper和同事将古代DNA和详细的古代气候数据进行组合。他们对巨型动物物种的DNA进行了评估，回溯了超过5万年的DNA记录以寻找巨型动物物种的灭绝事件。研究人员对巨型动物灭绝的资讯与通过格陵兰冰芯和其它来源所得到的晚更新世重大气候变化事件记录进行了比较。他们报告了更新世巨型动物灭绝事件与所谓的亚间冰期(或经常性反复出现的暖化期)开始时的快速暖化事件之间存在着一个密切的关系。
7月30日《自然》杂志精选
封面故事：线粒体在细胞能量分布中起作用
本期封面所示为一个骨骼肌细胞中的导电性线粒体。能量在细胞内是怎样分布的?在骨骼肌中，能量分布曾被认为是通过由代谢物促进的扩散发生的，尽管遗传证据对这种分布方式的重要性提出了疑问。Robert Balaban及同事利用各种形式的高分辨率显微镜，对线粒体本身除了实际上产生能量外是否也在其分布中起一定作用进行了研究。他们发现，通过以“质子动力”的形式在整个细胞中形成一个导电通道，它们的确在能量分布中起一定作用。在整个这一网络中，线粒体蛋白定位似乎是在变化的，从而使得线粒体膜电势能够以最佳方式产生和被利用。这一能量分布网络速度有可能极快，从而使得肌肉能够对新的能量需求几乎即时做出反应。
微生物生物膜内的给予与索取
在一种生物膜的生长过程中，周边细胞保护内部细胞不受外部攻击，但也能通过周边细胞的营养消耗使它们饿死。在这项研究中，Gürol Süel及同事发现，保护与饿死之间的这种冲突通过周边与内部细胞之间的长距离代谢共依赖性的出现得到了解决。尤其是，他们通过枯草杆菌生物膜发现，生长会周期性地停止，以增加受保护的内部细胞的营养供应，而这反过来又会提供生物膜在周边生长所需的代谢物。
大体积固体中的高次谐波辐射
随着几年前首次报告的通过高次谐波的生成所演示的大体积晶体中短波辐射的存在，出现了固体超快光子学这样一个新领域。这一现象中所涉及的机制正在受到深入研究。Matthias Hohenleutner等人通过具有时间分辨率的测量特别对大体积固体中高次谐波的生成进行了研究。他们发现，该现象中电子的运动与原子气体中高次谐波的生成机制不同，涉及来自多个价带的电子之间的量子干涉。所观察到的这一效应为固体超快光源和光控电子系统的开发提出了新的方向。
适用于气候变暖的一个水稻品种
稻田产生强效温室气体甲烷全球排放量的 7%~17%，这个数字随着水稻种植面积的扩大还可能会增长。这篇论文报告说，研究人员培育出了一种水稻，它的籽和茎中生物质和淀粉含量更高，甲烷排放量有所降低，根际产甲烷菌的水平也有所降低。这种新品种的水稻是通过向传统水稻品种中添加编码大麦转录因子SUSIBA2的一个基因生成的。SUSIBA2使碳通量发生变化，这种变化使得光合作用产物相对于它们向根的分配来说更有利于其向地面之上生物质的分配。在气候变暖的情况下，“高淀粉低甲烷”水稻有可能为在提供高质量生物质的同时降低水稻种植对大气温室气体排放的负面影响提供一个可持续的手段。
羊毛甾醇能防止白内障形成
在关于两个家族的先天性白内障的遗传基础的一项研究中，Kang Zhang及同事发现，羊毛甾醇能防止各种各样的、能引起白内障的发生突变的晶状体蛋白在细胞内的聚集。在这项遗传研究中所识别出的突变影响羊毛甾醇合酶的功能，后者是用于合成羊毛甾醇的一种酶。对患自然出现的白内障的狗，施用含羊毛甾醇的眼药六个星期，降低了白内障的严重程度，提高了晶状体的透明度，这说明羊毛甾醇或具有相似活性的分子相对于白内障的手术治疗来说也许可以提供另一种治疗手段。
7月31日《科学》杂志精选
特刊：“菲莱”结果可阐明彗星本质
当“菲莱”探测器于2014年11月12日在彗星67P/Churyumov-Gerasimenko上挺住了跳跃式的着陆时，全世界都为此屏住了呼吸;这是探测器首次在一颗彗星上着陆。本期《科学》特刊重点介绍了7项新的研究，它们进一步探究了由“菲莱”传输回的数据。
在一则详细的说明中，Jens Biele等人描述了“菲莱”降落在67P上的关键时刻：它从计划中的软性着陆区弹起并最终在远处的一个较硬的表面定了下来。基于弹跳轨迹而对两个表面不同压缩强度所作的分析能更好地阐明彗星的演化，并可改善对未来彗星使命的设计。在用成像工具对该着陆器印迹的深度特征谱进行分析之后，Biele和同事认为，“菲莱”的探测支脚先与一个软性的颗粒状表面(厚度大约为0.25米)接触，该表面之下的那层则较硬。这一分层产生了一个大约1千帕的压缩强度，而“菲莱”的最后的(即在硬得多的着陆处的)压缩强度则超过了2兆帕，这可能促成了为什么只有一个支脚能在后一个表面锚定，且只是部分地锚定。
在由Wlodek Kofman等人撰写的一篇研究文章中，研究团队发现该彗星头的组成相当均质。为了更好地了解67P的内部，该团队将电磁信号透过彗星核而指向在相反侧的罗塞塔飞船。“罗塞塔”接收到的信号缺少某种散射的模式，表明该彗星的内部各处是均匀的。该小组用这些电磁测定进一步确定67P的尘/冰比例为0.4至2.6，而孔隙率为75%至85%。由FredGoesmann和同事所做的研究进一步地分析了67P的组成以确定其性质，他们所用的是COSAC仪器，后者用质谱分析法来检测某个分子的质荷比。当探测器最初接触彗星表面后及在最终的停息部位时，该装置在彗星表面以上10公里处收集分子。这一过程检测到了16种有机化合物，它们中有4种(异氰酸甲酯、丙酮、丙醛和乙酰胺)是先前未知的存在于彗星上的物质。
在一则相关的研究中，Ian Wright等人还分析了67P上的有机化合物，但所用的是托勒密——它是一种检测稳定同位素比率的仪器。他们的检测表明在该彗星的表面存在着一种辐射诱发的多聚物。托勒密检测还表明在该彗星上不存在如苯等芳香族化合物。在由Jean-PierreBibring和同事所作的一则研究中，67P的表面在全景画面中接受了分析，这些画面是由某个有7个照相机组成的照相机组拍摄的，它们是彗星红外及可见光分析仪(CIVA)的一部分。这组照片是在“菲莱”最初弹起并最终着地后不久拍摄的，它们揭示了一个具有不同颗粒尺度及反射岩石结构的断裂表面，它们对这类原始太空物质提供了前所未有的信息。在“菲莱”接近67P的时候，远场序列和近场序列图像揭示了该彗星地理的一个更清晰的画面;由StefanoMottola等人对“罗塞塔”着陆器成像系统(ROLIS)下降画面的分析提示，67P的地貌受到了侵蚀的影响。颗粒区向外伸出的巨石被凹陷所包围，这些凹陷令人回想到在地球上所观察到的风尾，即风力侵蚀和沉积的结果。作者们推测，某些侵蚀是由于“溅洒”所致，即由来到的投射体冲撞所造成的一或多个土壤颗粒喷射;他们用模型证实了这些现象。
(转自教育部科技发展中心网站)
