3月25日《自然》雜志精選 _材料

【3月25日《自然》雜志精選】

封面故事：

觀察表面結構中單個原子的成像方法
能夠在一個一般性表面結構中識別所有單個原子（包括缺陷）的成像方法，對于材料分析將是非常有用的工具。Ondrej Krivanek及其同事已開發出這樣一種方法。他們在一個為低電壓操作進行了優化的經過像差校正的掃描透射電子顯微鏡中采用了“環形暗場”（ADF）成像。該方法能以原子分辨率成像，還能識別原子的化學類型。這個系統被用來檢查單層的氮化硼，顯示了三種類型的取代，涉及碳和氧雜質原子。對觀測數據進行仔細分析，使研究人員能夠構建原子結構的一個詳圖，并識別出四種不同類型的原子。本期封面所示為對氮化硼表面所作的離散傅里葉變換模擬，所觀察到的取代雜質疊加在實驗圖像上。原子的代號為B紅色、C黃色、N綠色和O藍色。

微生物在地球早期利用氧的方式

在甲烷厭氧氧化期間產生氧的、與亞硝酸鹽和硝酸鹽還原相聯系的一個以前不知道的通道，已在從荷蘭排灌渠的淡水沉積物分離出的微生物中被發現。造成該反應的細菌的完整基因組已被獲得，并被發現含有控制甲烷有氧氧化的基因。該細菌通過將兩個一氧化氮分子重組成氮和氧來還原亞硝酸鹽，從而繞過人們熟悉的脫氮反應中間體一氧化二氮。這一發現與環境中的氮和甲烷循環有相關性，而且因為氮氧化物在地球上出現很早，它也提出這樣一個可能性：在產生氧的光合作用出現之前微生物就能夠得到氧了。

人腦發育過程中的關鍵環節

人大腦皮層與其他哺乳動物相比是大而復雜的，這些特點決定了我們的認知能力。那么造成所產生的神經細胞數量大大增加的發育過程是什么呢？哺乳動物腦中的“腦室下區”（SVZ）產生神經先祖細胞，它們遷移到腦中靠上的各層中。這個區域在人腦中范圍大大增加，產生一個“外SVZ”（OSVZ）區域，該區域也許對整個皮層大小和復雜程度有貢獻。對發育中的人體組織進行的活細胞成像表明，OSVZ具有與SVZ非常像的特點，有大量先祖細胞以一種依賴于“notch信號作用”的方式倍增。一個非腦室先祖細胞群的形成，也許是向人腦發育過程中的一個重要演化步驟。

控制膠體自組裝的“鑰匙”

很多功能材料可以通過引導膠體顆粒組裝成某種預先確定的結構而生成。控制顆粒組裝通常涉及用能夠相互識別和相互結合的DNA等分子對它們進行標記。但新的研究工作表明，形狀互補性（利用一種類似于鎖和鑰匙的識別機制來構建膠體）能提供另一種簡單、有效的控制機制。“鑰匙”是膠體球；具有球形空腔的單擴散膠體顆粒是“鎖” 。如果它們的尺寸相匹配的話，二者將自發地、可逆地通過排空作用結合。這個過程產生由靈活的鍵結合在一起的復雜膠體結構，為對膠體自組裝進行編程和引導提供一種簡單而又通用的手段。

在基因型與表現型之間搭建橋梁

基因（基因型）與一種生物的成年形式（表現型）之間的聯系并不是一對一匹配的一個簡單問題。非線性的發育過程會產生干預，這取決于各種不同的基因輸入及細胞間的相互作用。利用一個已經得到很好研究的體系（哺乳動物牙齒），Isaac Salazar-Ciudad和Jukka Jernvall建立了一個計算模型，用來在基因型與表現型之間搭起一個橋梁。基于來自海豹牙齒的數據（海豹牙齒表現出廣泛的形態變化），他們發現，牙齒變化很多都可以由單一模型參數來解釋。這項工作可能會成為在了解基因和發育對變化、進而對演化所作貢獻方面邁出的一步。

先有雞還是先有蛋的問題

雞在幾千年時間里的馴化及其后來向產肉雞和產蛋雞的分化，是一個可以提供關于馴化問題及基因型演化問題的很多信息的模型。用大型并行測序方法對家雞及其野生祖先紅原雞所作的一項研究，顯示了若干“選擇性片段”，在這些片段上，一種大大增強存活能力的與突變相聯系的有利基因變異相對于其他等位基因在頻率上有所增加。這些變異中最引人注目的一個（見于所有家雞），是位于為刺激甲狀腺的荷爾蒙受體編碼的一個位點上的變異，它在代謝及脊椎動物生殖時間中起一個關鍵作用。這個片段也許與被馴化動物的一個典型特征相關：沒有野生種群中所見的對季節性生殖的嚴格調控。在肉雞中所檢測到的幾個選擇性片段上，與生長、食欲和代謝調控相關的基因重疊在一起。

作者：田天
來源：科學時報