本期《自然》《科学》精选

　　

4月2日Nature

封面故事：天然气田封存CO2的机制
减小人为产生CO2对气候影响的多种选择方案之一是，将来自发电厂和其他工业源头的排放物埋掉。但埋藏方法有多安全、效率有多高？一个埋藏地点的设计及长期可行性关键取决于CO2是怎样存放的和在哪里存放的。天然气田能在千年时间尺度上对人为产生的CO2进行安全的地质存放，而现在，利用惰性气体和碳同位素示踪剂所做的一项研究，对在北美、中国和欧洲九个天然气田的CO2清除中所涉及的过程完成了定性。该研究发现，居主导地位的CO2汇是地层水中的溶解，而碳酸盐矿中的固定作用只扮演一个小角色。这表明，CO2废弃物在类似地质系统中的长期存放模型需要将水中所溶CO2的潜在流动性考虑进去。

针对HIV的多种记忆抗体
血清记忆（Serologic memory）是长期免疫效能的一个重要因素，但我们对由被HIV等重要人类病原体感染的人体中记忆B细胞所产生的抗体却几乎不了解。为了对HIV的记忆抗体反应进行研究，Scheid等人从来自具有高血清值的广谱中和抗体的6个HIV感染者的HIV-特异性记忆B细胞中克隆出了超过500个抗体。这些患者体内B细胞对HIV的记忆反应由多达50个独立的、扩展的B-克隆组成，这些B-克隆表达一组针对不同病毒表位（抗原决定部位）的不同抗体，其中几个对于广谱HIV中和及有效免疫可能有重要作用。

HK97原壳体的高分辨率结构
“Lamda-like dsDNA噬菌体”HK97，是研究病毒衣壳成熟过程的一个有利体系，因为它在大肠杆菌中从仅仅两个病毒基因产物的表达中就可以组装成，并且其成熟过程可以很容易在体外触发和分析。研究人员已经确定了不同的成熟病毒衣壳的结构，但此前尚未获得噬菌体的双链DNA病毒的原壳体。现在，Gertsman等人报告了HK97原壳体的高分辨率结构，从而为导致感染性病毒颗粒（virion）的衣壳组装过程提供了线索。从这一结构中获得的知识对于如人疱疹病毒等相关病毒的研究也有参照性。

3D信息在大脑中的处理方式
大脑在编码深度（或3D）信息时为什么不会将其与环境中的其他视觉提示混淆？采用双目看东西的动物对深度的感觉，是通过对比每只眼睛所接收到的图像之间的差别来实现的。视觉皮层中的一些神经元会对这种偏差做出反应，而其他神经元则对来自一只眼睛或另一只眼睛的输入信号有偏好（这种现象称之为“眼优势”）。采用双光子钙成像，Prakash Kara 和Jamie Boyd得以能够对猫视觉皮层一个小区域中几乎每个神经元的反应进行比对，他们发现，对“眼优势”和双目偏差的反应存在于大脑内确定的轴上：编码3D信息的功能图与给出到达每只眼睛的视觉输入的相对强度信号的另一个功能图成直角排列。 这两个功能图的相对排列方式，为了解大脑中的局部回路何以能够同时地、无缝地处理环境中的多种感官特征提供了重要线索。

大脑为什么能同时记住多个目标的不同细节
虽然我们能够在工作视觉记忆中记住几个不同目标，但我们是怎样记住每个目标的特定细节及视觉特征的仍是一个谜。对工作记忆负责的高级区域中的神经元似乎对视觉细节并没有选择性，大脑皮层的早期视觉区域具有能够处理来自眼睛的输入视觉信号的独特能力，但过去人们认为它不能执行如记忆等高级认知功能。Stephanie Harrison 和 Frank Tong等人，利用对来自功能性核磁共振成像(fMRI)的数据进行解码的一种新方法，发现早期视觉区域能够保持关于存放在工作记忆中的相关特征的特定信息。研究人员向志愿者出示了两个不同取向的条纹图案，要他们在被fMRI扫描时记住其中一个取向。从对扫描结果所做的分析，研究人员有可能预测，在两个取向的图案中的哪一个中，一个目标在超过80%的测试中都会被保留。

4月3日Science

人类会长出新的心肌细胞
  
  
据4月3日的《科学》杂志报道说，一个长期存在的问题，即我们在一生中是否能够产生新的心脏细胞或我们在出生的时候就拥有了固定数量的心肌细胞现在终于得到了解答。 Olaf Bergmann及其同僚利用大气中的放射性污染发现，在人的生长过程中，人类实际上确实会再生一些心脏细胞（或称心肌细胞）。 由于大气中的碳-14水平在1950年代因为进行地面上核弹爆炸而增加，这导致了地球上所有生物的细胞中的该种同位素的水平都可能增加。 当地上核试验被禁止之后，我们的DNA中的碳-14水平开始慢慢地下降。因此，研究人员能够用该同位素作为一种细胞出生时的日期标记。 研究人员用碳来标记在核试验前后的不同时期出生的人的心脏细胞以建立在这些细胞中DNA合成时的年代。 他们的结果表明，心肌细胞确实会在我们一生的过程中缓慢地更新，而其更新率在缓慢地下降，即在25岁时，心肌的年度更新率为1%，而到75岁的时候，该更新率下降至0.45%。 研究人员测定，在这些心肌细胞中，那些在人的正常的一生中被更新的细胞不到50%。 这一发现提示，人们有必要研究刺激心肌更新过程的治疗策略以治疗损害的人类心脏细胞。 在一则相关的Perspective中，Charles Murry 和 Richard Lee对这一发现进行了更为详细的解释。

 

应用生物学原理来安全制备电池
  
 
 
据4月3日的《科学》杂志报道说，本周的《科学》期刊中有一则经过同行审议的有关新电池技术的描述。这一话题最近在2009年3月23日在白宫被重点介绍过。这一重要的研究对结合应用化学和生物系统来创制对环境友善的高功率锂离子电池进行了描述。Yun Jung Lee及其同僚研发了一种技术：将M13病毒进行基因编程，使其能够作为一种脚手架。人们可以在其上搭建可用于高功率电池的高度导电的电极。这种用遗传工程所设计的病毒可以沿着其表面长出无定形磷酸铁。这种材料一般来说并非良好的导体，但它在纳米尺度的情况下则成为一种有用的电池材料。这些病毒的末端被设计成与碳纳米管联结，从而形成一种可在电池内增进导电性能的网络结构。研究人员观察到，那些克隆出的对碳纳米管具有最强亲和力的病毒可以使磷酸铁的充放电率与最尖端的（但也更为昂贵并具有毒性）结晶状磷酸锂铁电极相媲美Lee及其同僚通过应用基本的生物原理发现了一种对生态友善、在低温下能够将低导电性的物质转变为有效电极的脚手架。将来，这些电极也许可以用于便携式电子装置和混合动力电气汽车的高功率电池中。

 

机器人能够像科学家那样进行思考吗？
  
   
  
据4月3日的《科学》杂志报道说，机器人也许至少可以在实验室中在某种程度上取代研究人员。 这是本期《科学》杂志的2篇报告所得出的结论。这2篇报告都预想着机器人能与科学家共同工作，而非同时取代他们。 Ross King及其同僚创建了一个取名叫ADAM的机器人，它不但能够做酵母菌代谢的试验（无需或很少需要人对该实验进行干预），而且它还能对那些实验的结果进行思考并计划下一步要做的实验。 设计该机器人的目的是为了填补那些未知酵素的空白，人们需要用这些酶来进行代谢和基因组学的生物化学及生物资讯学的有关描述。 文章的作者证实，ADAM确实发现了那些在酵母菌代谢中具有功能的各种酶。

在第2项研究中，Michael Schmidt和Hod Lipson运用一种运算法则（它本身并非建立在物理学、运动学或几何学的知识基础之上）来搜寻可解释诸如钟摆运动等物理系统行为的数学公式。 但是，科学家们仍然需要介入并识别那些以数学形式所表述的物理定律并对其含义进行解释。 一则相关的Perspective对这两项研究进行了讨论。

覆盖我们的恐惧感
据4月3日的《科学》杂志报道说，最近在大鼠中所取得的覆盖其恐惧记忆的成功可能在某一天能够将这种方法与当前的治疗手段结合起来，帮助人们克服他们的恐惧，而且无需使用药物或创伤性的手术。 Marie Monfils及其同僚发现，在大鼠回忆恐惧的记忆之后不久运用一种标准的“削弱”疗法（这种疗法有时也用在病人身上）可以有覆盖原先的恐惧性记忆的效果。 研究人员开展了一系列的试验。在这些试验中，他们通过发出某种声调并在此后对大鼠施予电击来诱导大鼠的恐惧。 此后，该音调的出现就会使大鼠回忆起对电击的恐惧的联想。 研究人员注意到，尽管音调和电击的恐惧联想在大鼠的脑子中仍然记忆犹新，但当人们发出很长系列的音调但又不给予电击时可以有效地动摇大鼠的恐惧记忆，并将其代之于一种良性的记忆。 用这种技术治疗过的大鼠显示了较低的对声音本身所诱导的恐惧程度，而且它们原先的恐惧记忆自动重现的机率也较小。 这种技术似乎能够永久性地覆盖恐惧记忆，而且无需使用药物。 在未来的某一天，也许可以将这种技术用在人的身上来治疗精神性的疾病并克服我们的恐惧性联想。