3月10日《自然》杂志精选

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封面故事: CRISPR Cas9 基因编辑工具

CRISPR Cas9 基因编辑工具的发展使分子生物学发生了革命性变化。被用来改变病毒、细菌、动物和植物基因组的该工具，具有揭示基因组组织的秘密、对抗疾病、改良作物和培育定制宠物以及很多其他方面的潜力。所有这些都给监管部门造成了需要应对的可怕道德问题，而这一点更因为关于该方法已被用来改变人类胚胎基因组的消息发布而复杂化了。本期《自然》特刊对CRISPR Cas9 的现状进行调查，并提出这样一个问题：我们希望一个基因被编辑过的世界是什么样子的？

大脑导航功能即便在睡眠中也未停止

几十年的研究表明，哺乳动物导航系统（基于海马体内部和周围）在运动过程中跟踪一个动物的位置。然而过去并不清楚当动物停止运动时大脑是否还跟踪以及怎样跟踪位置。这项研究显示，大脑一直在跟踪位置，不管是在运动中还是在休息时。Loren Frank及同事在海马体的CA2区域识别出一类截然不同的海马体神经元，它们不仅在清醒不动时，而且在睡眠过程中都传递关于当前位置的信号。

证明Majorana 模式存在的新证据

费米子有三个已知的基本类型：Dirac, Weyl 和 Majorana。此前，后两者没有被观察到，但关于Weyl和Majorana 模式之存在的证据却在凝聚态物质系统中被发现了。尤其是，Majorana模式的特征在半导体—超导体纳米线器件中被识别了出来，这激起了人们很大兴趣，因为 “non-trivial”拓扑性质过去已经被预测到了。Charles Marcus及同事为证明Majorana 模式在这些器件中的可靠存在提供了下一个必要证据，即通过增加纳米线长度实现的、以 “能量分劈”的抑制形式出现的对Majorana 模式的指数保护。这些发现为控制Majorana 模式和确定拓扑性质的下一步工作开辟了道路。

二氧化碳用作一种化学原料

认为温室气体二氧化碳也许可用作一种化学原料的观点是有吸引力的，但通常也不实际——尽管它很容易与以碳为中心的亲核试剂发生反应，但生成亲核试剂却需要高能量输入。但是现在，受RuBisCO酶（该酶催化植物的固碳反应）的启发，Aanindeeta Banerjee等人显示，在中等温度下含有碱金属的熔融盐，能使非常弱酸性的C-H键在碳酸盐帮助下高效发生羧化作用。这一化学反应的潜力通过将2-糠酸（很容易从不可食用的生物质制取）转化成有用的生源化学原料 “呋喃-2,5-二羧酸”得到了演示。

气候敏感型生态系统被发现

气候变化研究中的一个关键问题是，怎样识别对气候变化最敏感的生态系统。这项研究利用在2000年2月和2013年12月间收集的MODIS卫星数据来建立一个新的评价指标，即 “植被敏感度指数”，它所测定的是生态系统对三个关键的气候变量——气温、水可获得性和云层——的外部作用力的反应。该指数可被用来在全球尺度上以高空间分辨率识别生态系统的恢复能力状态（或称弹性状态）。对气候变化的敏感度大的区域在中亚、北美和南美的北极冻原、北方雨林和热带雨林、高山地区、稀树荒原和草原地区、南美东部的 “卡廷加”落叶林以及澳大利亚的东部地区明显存在。

性使得自然选择更高效

对有性繁殖尽管代价大却又普遍存在的事实做出解释，是演化生物学中一个长期未能解决的著名问题。理论和一些实验研究都提出了各种机制，如克隆干涉的降低或减少有害突变 “搭便车”的能力的降低等。以酿酒酵母的实验演化作为一个模型系统，Michael Desai及同事对有性和无性种群的适应性在序列层面的动态进行了对比。他们发现，有性繁殖通过减少有益突变之间的克隆干涉提高适应性，改变被自然选择固定的突变类型。这样的净效应是，有性繁殖会加快适应过程，让自然选择更高效地将有益突变从有害突变中分选出来。