2014年10月16日《自然》杂志精选

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封面故事：“大学实验”专刊
Higher education: The university experiment
大学要生存就必须变革。本期关于“大学实验”主题的Nature专刊，介绍世界各地的大学试图摆脱旧思想习惯束缚和探索新的做事方式的各种不同做法。没有人知道这些实验中哪个将会培养出受过最好教育的学生或在学术认识上出现最大飞跃(见本期273页上的主打文章)。但人们都认为，21世纪的大学应当与过去的大学明显不同。（doi:10.1038/514287a）
三个状态下的谷氨酸盐受体结构
Structural mechanism of glutamate receptor activation and desensitization
了解从封闭构形向活跃和钝化构形之转变的结构基础，对于解读离子移变谷氨酸盐受体(NMDA受体、AMPA受体、δ受体和kainate受体)作为中枢神经系统中激发性突触传输之介质的功能来说至关重要。在受体的细胞外表面上发生的配体结合将阳离子选择孔打开，而接着通道打开之后发生的是钝化，这会将该孔关闭。在这项研究中，Sriram Subramaniam及同事利用低温电子显微镜对几个功能状态下(静止状态、打开状态和钝化状态)的AMPA 受体GluA2和kainate受体GluK2进行了观察。基于这些结构，作者提出了针对谷氨酸盐受体的门控循环的一个分子模型。（doi: 10.1038/nature13603）
帝王蝶有迁徙基因
The genetics of monarch butterfly migration and warning colouration
帝王蝶以其每年穿过北美的壮观迁徙最为人们所知。通过对来自世界各地的101个帝王蝶基因组进行测序，Marcus Kronforst 及同事在飞行肌肉功能中所涉及的位点内发现了与迁徙相关的、导致更高飞行效率的选择特征。他们还发现，帝王蝶警告色的变化是由一个肌球蛋白基因控制的，该基因以前并没有被发现与昆虫的色素沉积有关，但其同源基因“肌球蛋白5a”会在小鼠身上造成一个非常相似的颜色“稀释”表现型。最后，这些结果说明，帝王蝶的祖先就是迁徙性的，它们走出北美在全球广泛分布。（doi: 10.1038/nature13812 & doi: 10.1038/nature13757）
血细胞从长寿命祖细胞的生成
Clonal dynamics of native haematopoiesis
人们普遍认为，很少数量的造血干细胞通过稳定生成不同层次的短寿命祖细胞来维持多细胞系造血功能。这一理论历史上是根据在接受致命辐射的宿主身上所做的移植实验建立的。现在，利用一个新的、基于转座子的标记方法(该方法使研究人员能够对单个祖细胞和它们的后代在活体中进行独特标记)，Fernando Camargo及同事显示，在本体非移植造血过程中可能不是这种情况。作者发现，在成年时期的大部分时间，稳定造血功能的主要驱动因素是大量长寿命祖细胞，而不是人们传统上所认为的造血干细胞。（doi: 10.1038/nature13824）
OSCA1充当植物的渗透传感器
OSCA1 mediates osmotic-stress-evoked Ca2+increases vital for osmosensing in Arabidopsis
水对植物生长和发育非常重要。但植物是怎样感应水含量波动的呢？高渗透性(Hyperosmolarity)已知会诱导[Ca2+]i (胞质钙离子浓度)发生瞬时增加。通过研究拟南芥突变体，Zhen-Ming Pei及同事发现胞质膜蛋白OSCA1是人们长期寻找的介导[Ca2+]i 增加的Ca2+通道。该发现是当作者发现osca1 突变体在渗透压力下影响保卫细胞和根细胞中的渗透性Ca2+信号传导、降低水蒸腾调控和根生长时取得的。（doi: 10.1038/nature13593）
“成视网膜细胞瘤”的起源
Rb suppresses human cone-precursor-derived retinoblastoma tumours
“成视网膜细胞瘤”(RB)基因的两个等位基因的失活，一般会导致“成视网膜细胞瘤”的形成，但很少导致其他肿瘤类型。现在，David Cobrinik及同事在一项研究中对此提出一个解释，该研究识别出“成视网膜细胞瘤”由其形成的人类视网膜来源细胞(cell-of-origin)。它们发现，在各种人类视网膜细胞类型中，唯独锥形前体细胞对在RB失去时发生的变化很敏感。这是由于锥形前体细胞特定的分子框架，比如说MDM2 和 MYCN的高水平表达，后者会与RB失去协同发挥作用。这些原理也许能够更具普遍性地解释为什么某些启动性致癌基因突变往往与特定癌症类型有关。（doi: 10.1038/nature13813 & doi: 10.1038/nature13748）
液体电池工程
Lithium–antimony–lead liquid metal battery for grid-level energy storage
电池向电网中的集成被看作是调控来自风能或太阳能等间歇性能源的能量供应的可能手段，但今天的电池技术对于做这件事情来说太昂贵了。包含一个液体负极、一种熔融盐电解质和一个液体正极的全液体电池，是为了完成这项任务目前正在研究当中的技术之一。在这篇论文中，Kangli Wang及同事介绍了对这一概念所做的一个新的变通。它是一种全液体锂||锑-铅电池，通过对电极组成材料进行认真选择和熔合，该电池能够降低操作稳定，从而降低潜在成本，同时又能保持所期望的性能特点。（doi: 10.1038/nature13700）
群体选择在行动
Site-specific group selection drives locally adapted group compositions
演化理论预测，群体选择可能会推动个体中促进群体成功的性状的演化，而后者反过来又会促进群体成员的长期适应性。然而，支持群体选择的实验证据极少。这项研究利用群居蜘蛛Anelosimus studiosus的群落来调查群体层面的一个性状的演化，这个性状就是一个群落中温顺个体与攻击性个体的比例。野生群落表现出特征性的、地点特定性的温顺个体-攻击性个体比例。 Jonathan Pruitt和Charles Goodnight生成了具有不同温顺个体-攻击性个体比例的实验群落，并让它们在野外定殖。具有与野生群落相近比例的群落更为成功，实验群落在两代时间内将它们的比例调整到了它们在野生状况下倾向于拥有的比例。这个实验证据表明，群体层面的选择在野生状况下在发挥作用。（doi: 10.1038/nature13811 & doi: 10.1038/nature13755）
关于早期恒星形成的一个模型
Inefficient star formation in extremely metal poor galaxies
第一代恒星是从含有很少比氦重的元素(它们被天文学家称为“金属”)或不含这种元素的气体形成的。这些条件下的成星过程可能与今天在星系中所看到的成星过程很不同。现在，Yong Shi等人利用Herschel Space Observatory的远红外功能，对两个附近年轻星系的尘埃区进行了分析，那里的极端条件与早期宇宙的原始星系中的主导性条件相似。他们对由原子气主导的区域中的尘埃/气体比做了估计，并用它来估计成星区域中的气体数量。他们发现，那里的成星效率只有今天正常的、富含金属的星系中所看到的成星效率的十分之一。这项工作让我们对早期宇宙中恒星是怎样形成的有所认识，也为验证关于早期星系演变的理论模型提供了一个方便的模型。（doi: 10.1038/nature13820 & doi: 10.1038/514310a）
氧化亚铜中的巨大激子
Giant Rydberg excitons in the copper oxide Cu2O
激子(在半导体的光学性质中起必不可少作用的电子-空穴对)可以被看作是氢原子的凝聚态物质的类似物，二者具有相似的激发谱。对于氧化亚铜单晶中的激子，Dietmar Fröhlich及同事将激发系列从主量子数n=12的以前记录延伸到了n=25。在这样高的量子数上，激子的波函数变得巨大，在2微米左右，预计这些巨大激子(也被称为Rydberg激子)彼此之间发生强相互作用。作者发现了存在一个“阻断效应”的证据：一个激子的存在阻止其附近另一个激子的激发。这项工作为凝聚态物质光学开启了新的研究方向。（doi: 10.1038/nature13832 & doi: 10.1038/514313a）