生物通综合：2月22日《Nature》和23日《Science》快讯精选

2月22日《Nature》

封面故事：东爪哇泥火山喷发是人为造成的？

本期封面所示为当地居民正努力从一个被来自“Lusi”泥火山的泥和水冲毁的工厂中往出清理货物。该火山首次于2006年5月29日在东爪哇的Sidoarjo地区喷发。最近的一篇关于该火山喷发原因和影响的报告预测，它将继续喷发，每天喷出7000至15万立方米的泥浆，持续很多个月时间，在火山喷口周围留下一个面积至少10平方公里的地区数年不适宜居住，有超过11000人将永久离开家园。至于原因，却存在争议。认为这是一个自然现象、是由喷发前两天附近发生的一次地震诱发的观点受到地质学家的质疑。他们说，该火山的喷发几乎肯定是人为的，是人们在附近为勘探天然气进行钻探造成的。David Cyranoski对该火山喷发当前的状态及它所引起的争议进行了报道。Page: 812

鸟儿也知道想着明天

关于动物是否能进行遐想、是否能预期某种需要而对未来进行规划存在很多争论。要证明一个动物的行动是这种遐想的结果是很困难的，但研究人员对一种鸟（西方灌丛鸦）所进行的研究似乎正好完成了这样一项工作。研究人员进行了两个实验：一个是“对早餐进行规划”的实验，另一个是“早餐选择”实验。两个实验都表明，这种鸟能够为未来的需要做准备: 一种办法是特意把食物存在某个地方，在这个地方，它们已经知道自己第二天早上会饿；另一种办法是，专门把某种特别的食物保存在一个自己第二天早上不会吃到的地方。这两个实验的结果表明，这种鸟是本能地为明天做准备的，并没有参考它们当前的动机状态。Page: 919

一颗太阳系外行星的红外光谱

能够探测到一颗太阳系外的行星本身就是一件了不起的事情，但现在这种了不起的事情已经被做了超过200次了，现在天文学家正在研究能够实际上对它们进行观测的方法。在已知的太阳系外行星中，14颗从地球上来看在它们的母恒星面前有“凌日”现象。对它们来说，光谱观测可以探寻它们大气层的自然状态，而且理论上，将我们所看到的这样一颗行星在其恒星“后面”时的光谱从它在“前面”时我们所看到的光谱中减去，剩下的应当是这样一颗太阳系外行星的实际光谱。现在，实践已经跟上了理论的发展，利用“斯皮策天文望远镜”，研究人员已经获得了“凌日”的“热木星”HD 209458b的一个红外光谱。该光谱显示了一个中心位置在9.65微米附近的峰，是由硅酸盐云所发射的光产生的；另外，在7.78微米处还有一个狭窄的、性质尚未确定的峰。Page: 892

新发现的四个II型糖尿病致病基因

暴饮暴食和缺少运动是II型糖尿病的主要病因，但它们只影响在遗传上易得糖尿病的人，而且这种疾病的遗传基础非常复杂。然而，最近的研究工作表明，特定基因可能与患这种疾病的风险有关，而且，现在利用高密度基因型分析阵列在整个基因组范围内进行的一次搜索，发现了四个以前不知道的基因是糖尿病风险因子，证实了糖尿病与TCF7L2基因之间一个人们已经知道的联系。这五个基因位点一起可能构成II型糖尿病患病风险的相当大一部分，而对它们的功能进行分析应能弄清糖尿病的发病机理并找到新的治疗目标。而在此之前，有这些突变的人通过调整饮食就有可能降低他们的患病风险。Page: 881

“量子点空穴”体系的量子性质得到实验证实

“空穴量子电动力学”（QED）研究一个量子发射体（如一个原子或一个量子点）与来自一个辐射场的一个单一模式之间的相互作用。当二者强烈耦合时，就有可能实现关键量子信息处理任务。在固体状态，这可以通过将半导体量子点耦合到光学微空穴中实现。然而，要确认量子点在量子信息应用中的功效，需要在强耦合情况下证实“量子点空穴”体系的量子性质。现在，苏黎世联邦高等工学院和加州大学圣巴巴拉分校实验室所进行的一项合作研究，为我们提供了这种证实。在他们所进行的实验中，有一个光子晶体纳米空穴，在这个空穴中，只有一个量子位精确位于空穴电场最大处。Page: 896

南极发现四个冰下湖泊

人们在南极洲冰层下的湖泊中发现有水，这些水可在湖泊之间流动并被灾难性地排尽。尽管如此，人们对冰层下湖泊是怎样影响冰层动态的却知之甚少。现在，卫星影像识别出了四个冰下湖泊，总面积跟Vostok湖差不多，正好处在南极洲东部“恢复冰河”的冰溪开始的地方。这表明，冰下湖泊可能会启动并维持迅速的冰流，这是一个在将来的冰层质量平衡评估中需要考虑的机制。Page: 904

海狗保持遗传差异性的本领

在很多物种中，挑剔的雌性会聚集在雄性所在的被称为“lek”的特定地方，或前往这些地方，以向雄性展示它们是潜在的交配对象。但这里有一个潜在的问题：如果雌性总是喜欢最鲜艳的雄性，那么遗传差异就会消失。对南乔治亚的一个南极海狗群落所进行的一项研究，有可能在某种程度上帮助解开这一“lek矛盾”。在这里，雌性海狗总是准备去寻找最好的雄性，而雄性基本上是静止不动的，雌性在群落中来来往往，在雄性之间的进行选择。结果是，雌性会想办法在潜在交配对象的相关性与异合性之间保持平衡，从而来维持差异性。Page: 912

人类与肠道细菌Helicobacter pylori的历史渊源

一半以上的人被肠道细菌Helicobacter pylori感染，它能引起消化性溃疡，是胃癌的一个风险因子。对该细菌的分离菌种的遗传变异所进行的一项大型研究表明，该细菌遗传多样性分布中的关键模式所反映的正好是其人类宿主的同一模式。由于在人类中，随着距东非距离的增加，遗传多样性在不断丧失，说明在距今大约58000年前人类就已经感染了能引起溃疡的细菌，当时人类正在走出非洲。人类与Helicobacter pylori细菌似乎是在同一时间尺度上从东非向外扩散的，说明它们之间的联系在“走出非洲”事件之前就已经存在了。该研究小组还发现，这种细菌的基因组成比人类的基因组成更多样，所以对该细菌的DNA进行分析也许有助于将来的研究工作。Page: 915

2月23日《科学》快讯一览

中世纪伊斯兰设计揭示了数学突破

一项新研究提出，中世纪伊斯兰工匠发明的一个用来设计华丽瓷砖表面图案的制造过程，使他们能够生产复杂的图案，而这种图案欧洲在几百年后才了解。许多中世纪伊斯兰建筑的墙上有华丽的几何星形和多边形的girih图案，通常上面还叠加有Z字形的线网。研究人员通常认为中世纪的工匠是用直尺和圆规构造这些图案的。哈佛大学的Peter J. Lu和普林斯顿大学的 Paul J. Steinhardt现在显示，这些13世纪的工匠用的是一组装饰用多边形瓷砖来产生这些图案的，文章作者称之为girih瓷砖。Girih瓷砖的方法比过去的方法效率更高也更精确，这表明伊斯兰数学和设计有重要的突破。到了15世纪这些瓷砖图案变得特别复杂，其中有些图案被现在的数学家称为“准晶体”，也就是1970年代初Roger Penrose首先证明的有名的Penrose图案。在这项研究中，作者显示伊斯兰建筑师在1453年用两种不同尺寸的girih瓷砖创造出重叠的图案，构成几乎完美的准晶体图形，其中的数学步骤直到500年后西方才有搞清楚。

报告：Decagonal and Quasi-Crystalline Tilings in Medieval Islamic Architecture, Peter J. Lu and Paul J. Steinhardt

克洛维斯文化的新年代

对克洛维斯(Clovis)文化物质新的放射性碳年代测定、以及对过去材料的年代的重新评价表明，这个群落在美洲居住的时间比过去认为的要晚、也要短。人们过去曾认为克洛维斯文化是美洲最早的。人类学家Michael Waters和Thomas Stafford Jr.提出，以其特有的打猎用的尖器为特征的克洛维斯人可能不是美洲最古老的居民。研究人员重新估计了所有的克洛维斯考古点发现的材料，排除了其中不能算人工制造的或不能准确定年代的物品。然后他们从五个没有准确年代的地点收集了精确的放射性碳材料，他们还确定了另一个地点的人类遗骸的年代。所有这些年代的测定缩小了过去认为的克洛维斯人的时间区域，1950年前的放射性碳年代测定给出的区间是11,500年前到10,900年前，修正后的年代是11,050年前到10,800年前。研究人员认为，克洛维斯文明持续了几百年，可能不是美洲最早的文明。

报告：Redefining the Age of Clovis: Implications for the Peopling of the Americas, Michael R. Waters and Thomas W. Stafford, Jr.

超新星气体环的来源

非同寻常的超新星1987A的一个三维计算机模型模拟了研究人员认为发生在上万年前的两个恒星的碰撞，并解释了这个三环超新星的许多特征。Thomas Morris和Philipp Podsiadlowski创造了一个两个恒星合并的流体动力学模型，对角动量以及来自两个恒星的气体加积的具体模拟表明发生了两次爆炸：一次爆炸形成了滴漏形状的物质摒弃，第二次爆炸产生了较小的气体膨胀。这些爆炸能解释围绕爆发恒星的三个气体环，其中两个环来自喷发的滴漏，另一个环来自第二次爆炸。这个1987年发现的超新星是自从开普勒1604年观察到超新星后，用肉眼能看到的第一个，今年2月是它发现的20周年。 

报告：The Triple-Ring Nebula Around SN 1987A: Fingerprint of a Binary Merger, Thomas Morris and Philipp Podsiadlowski

火山产生的“脏”雷暴雨

研究人员首次直接观察了火山爆发中产生的闪电，为这个人们了解甚少的现象提供了详细的信息。在本期一篇简报中，R. J. Thomas和同事描述了阿拉斯加奥古斯丁火山爆发中闪电活动的两个阶段。第一个阶段来自爆发本身的电荷充电，过去研究人员不知道其存在。第二个阶段涉及火山羽状烟中存留的充电。因为火山爆发还产生大量的水和灰，文章作者提出这些爆发的行为也许像“脏的雷暴雨”。

简报：Electrical Activity During the 2006 Mount St. Augustine Volcanic Eruptions, Chris H. Okubo and Alfred S. McEwen

提高中子源的能量

正当世界上最强的中子源-散列中子源-即将投入使用之际，Andrew Taylor和同事呼吁开展下一代中子源的研究。在本期的这篇综述中，他们提出合并中子散射与快速增长的惯性约束聚变这两个领域，从而在今后几十年中使中子研究的能量增加几个数量极。同步X射线源的能量一直在快速增长，下一步的能量提高看来是在自由电子激光器，文章作者提出中子源将靠实验室产生的热核燃烧研究来提高能量，这种研究现在正在先进的发电厂中进行。中子是X光源的一个宝贵的补偿，因为它们能用来为几乎所有的固体和液体提供结构与动态信息，中子在寻找结构中的氢原子、分辨原子的热运动与结构细节、以及定位材料中的磁性结构上比X光有更大的优越性。改进的中子源将为许多科学领域的进展提供手段，包括凝聚态物理、化学反应、工程、生物、以及地质行星科学。

综述：A Route to the Brightest Possible Neutron Source? , Andrew Taylor, et al.

用透射电子显微镜成像小分子

研究人员在一篇简报中报告，他们用接近原子的分辨率观察到单壁碳纳米管中的单个的、有机小分子。Masanori Koshino和日本的同事测量了直径为0.9到1.2纳米的碳纳米管中的碳氢链，他们用的纳米管的直径与这些分子的大小差不多。研究人员检验了这样一个原理：如果小分子能够被局限在一个适当的视野内，则可以用透射电子显微镜来测量单个分子的结构动力学。科学家过去曾假设碳氢链会被电子的撞击损坏，所以许多人不愿意尝试这个方法。

科学特快简报：Imaging of Single Organic Molecules in Motion, Masanori Koshino, et al.