Nature最新內容精選

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神經生物學專題：自閉癥之謎

雖然診斷和研究經費不斷增加，但是對人們來說自閉癥仍然是一個巨大的謎題。本期雜志特別設立一個專題，介紹自閉癥的相關研究進展，并對相關爭議性熱點話題進行討論。人們對關于自閉癥譜系的一切都很難理解。自閉癥有著多樣的表現形式，從很深的交流和行為問題到與正常語言甚至超常天賦相伴的社交困難。據統計，自閉癥的發病率不斷上升，但原因卻不清楚，可能與遺傳和環境因素的復合作用有關，而大多數這些因素也不為人所知。自閉癥的根源在于人類大腦的發育，盡管神經生物學已取得了巨大飛躍，但其形成過程仍然是個謎，科學家們幾乎不能提供確定的解釋和治療方法。科學家們的一些研究證明診斷條件的改變可以解釋自閉癥患病率上升的觀點存在著問題，另一些研究也對在“患病譜”上的科學家和工程師的后代是自閉癥的高風險人群的觀點提出了挑戰。與此同時，研究者們發現，盡管自閉癥是一種明確的殘疾，但是該病癥的某些特性卻可以成為從事科學研究的一個優勢。值得慶幸的是，即使人們不能完全認識自閉癥，研究卻不斷為自閉癥患者提供更好的幫助。如果能夠早期診斷，現在的療法可以為自閉癥兒童重新獲得完整生活提供最大可能。

能定向運動的分子機器人

未來任何在納米尺度工作的人工運輸裝置和機器人，都可能需要能夠在一個表面上定向平移的分子。然而，即便是設計這樣的分子也是一項讓人望而生畏的任務，因為它們需要能利用光能、化學能或電能來以一種能夠產生定向運動的方式調控其與該表面的互動。研究人員為我們展示了這樣一個分子，它是通過將四個旋轉的運動單元附著到一個中心軸上制成的。非彈性電子隧道效應誘導轉子中產生構形變化，推動該分子穿過一個銅表面。通過改變各運動單元的旋轉運動方向，這個自我推進的“四輪分子”結構便能沿隨機的軌跡運動或優先沿線性軌跡運動。這種設計為探索更復雜的分子機械系統提供了一個起點，而且也許還能實現對它們的運動方向完全控制。

四輪分子的結構。內消旋異構體的結構（a），紅色箭頭表示運動單元轉動方向；旋轉運動單元的結構細節（b），雙鍵（紅色）作為旋轉軸，在電激發的條件下發生順反異構體間的轉化；運動馬達360o旋轉的機制示意圖（c）；實驗過程的示意圖（d）。

昆蟲飛行肌肉的形成

飛蟲的間接飛行肌肉的作用是，通過多達每秒1000次的振動來驅動昆蟲的翅膀，并產生極端的機械力。這些極為專業化的肌肉含有纖絲狀的、由伸展激發的肌纖維，這些肌纖維與昆蟲身體其他地方的管狀肌肉很不相同。對果蠅的肌肉形態發生所做的一項全基因組RNA干涉篩選研究，識別出轉錄因子Spaltmajor(Salm)是纖絲狀飛行肌肉命運的一個主調控因子。在發育過程中，Salm通過調控基因轉錄和剪接，將肌肉的結構從管狀切換為纖絲狀。Spalt基因在演化時間相差2.8億年的昆蟲中得到了保持，而人類與spalt相似的基因SALL1所發生的突變引起Townes–Brocks綜合癥中的心臟異常這個事實表明，Spalt基因的功能也許還決定脊椎動物中纖絲狀的、由伸展激發的肌肉。本期封面所示為一只麗蠅(Calliphorasp.)的飛行情況。

“木衛二”上的“混沌”區域

“伽利略”探測器在木星衛星“木衛二”上發現了幾個“混沌”區域，那里的地表似乎被從下面破壞了，其中很多地方還有邊緣鋒利的冰塊或冰筏，它們都被不同程度地翻轉或轉動過了。這些區域的一些特點一直難以解釋，比如說這樣一個事實：原始的ConamaraChaos就比其周圍環境高，并且含有“矩陣圓頂”。科學家利用從地球冰川下火山和冰架內的相似過程學到的經驗來對存檔數據進行分析，結果表明，“混沌”是在淺到只有3公里深的冰架內的液態水“透鏡”上形成的。他們獲得的新數據表明，冰-水互動和凍析作用產生混沌地形的不同形態，說明參與這一過程的水要比人們以前所以為的更多，TheraMacula（一個大的混沌區域）的沉陷地形可能表明，“木衛二”正在積極地在一個“透鏡”上重新露面，這個“透鏡”的體積相當于北美的五大湖。本期封面所示為TheraMacula下面的湖泊，裂縫、冰山和矩陣正在其上面形成，并使其表面受到破壞。

地球液態外核缺氧的證據

地磁場、火山、地震、海嘯等自然現象與地球深部物質尤其是地核物質的組成、狀態、物理-化學行為密切相關。根據地球物理、宇宙化學和地球化學、高溫高壓實驗研究等方面的研究成果，地球內部主要可分為地殼、地幔、地核三個組成部分。 由于無法直接取得地核樣品，地核的化學成分一直是一個迷。目前對地核的認識主要來自地震波觀測和高溫高壓實驗模擬。通過地震波與高溫高壓實驗密度參數比較，科學家們認為地核的密度要比純鐵的密度小10%左右,因此,地核中除了鐵以外還存在其它比鐵輕的元素，如硫、氧、硅、碳、氫等元素。北京大學地球與空間科學學院長江學者講座教授、美國華盛頓卡耐基地球物理研究所費英偉教授與中國工程物理研究院流體物理研究所經福謙院士、中國科學院地球化學研究所謝洪森教授、中國空間技術研究院龔自正教授等人合作，對地球液態外核的化學成分做了深入的研究。在費教授的帶領下，他們利用沖擊波實驗方法直接測試了在地核溫-壓條件下可能地核組成的密度和聲速，研究結果表明，氧元素并不是地核中的主要輕元素。這是一個突破性的發現，地核內部缺氧的實驗結果對探討地球早期形成環境有深遠的意義，它可能與地球早期成形時的還原環境有關。