《Nature》10月最受关注的十篇论文

　　

英国著名杂志《Nature》周刊是世界上最早的国际性科技期刊，自从1869年创刊以来，始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破。其办刊宗旨是“将科学发现的重要结果介绍给公众，让公众尽早知道全世界自然知识的每一分支中取得的所有进展”。近期《Nature》下载论文最多的十篇文章（2017年9月11日 ～ 2017年10月11日）：

脂多糖转运的“捕捉及翻转”机制

Nature 549 (2017年9月14日)

脂质穿过膜双层的转位和翻转对保持脂质不对称性至关重要，而这在膜运输和信号传导中也起一定的作用。翻转酶，即能够翻转脂多糖（LPS）的细菌ATP结合盒转运蛋白，可催化此过程。由于LPS转运对细菌生存具有重要意义，因此这些转运蛋白也是抗生素研发的靶标。在本论文中，研究人员介绍了大肠杆菌（Escherichia coli ）翻转酶MsbA识别LPS的结构基础，并揭示了LPS的运动轨迹。作者利用冷冻电子显微镜，展现了脂质穿过细菌膜过程的几个状态。在其中一个状态中，他们检测到了与LPS对应的MsbA跨膜域内的电子密度。研究人员在此基础上提出了“捕捉及翻转”机制——LPS不用翻转而转位至转运蛋白。

野生生物多样性的益处

Nature 549 (2017年9月14日)

在实验研究中，生物多样性能提高生态系统的生产力和稳定性，但是这种关系是否在自然条件下的真实生态系统中成立并不确定。Emmett Duffy和Bradley Cardinale表明生物多样性能提高陆地和水域生态系统及分类群的生产力。生物多样性对生物量的积极影响比实验环境下的更明显，而且与其它已知的生态系统生产力驱动因素不相上下，甚至更大。这些发现证实了生物多样性对维持全球生态系统生产力的重要性，作者呼吁人们在制定全球政策时将这一点考虑在内。

兰花起源

Nature 549 (2017年9月21日)

大约10%的开花植物属于兰科，它们形态与习性各异。拟兰属（Apostasia）是兰科最早分化的属之一。为了研究兰科植物的演化和多样性，刘仲健、Yves Van de Peer和同事测序了深圳拟兰（Apostasia shenzhenica）的基因组，它是一种生活在中国东南部的自花传粉兰花。作者还报告了两种树兰亚科物种——小兰屿蝴蝶兰（Phalaenopsis equestris）和铁皮石斛（Dendrobium catenatum）的完善的基因组，以及兰科的亚科代表的转录组分析。他们的分析为兰花起源、基因组演化、适应及多样化带来了新见解。


认识自旋电子

Nature 549 (2017年9月14日)

反铁磁对于自旋电子应用具有重要意义。与铁磁相比，反铁磁的磁位形能通过更高效节能的方式加以控制，比如用电场而非磁场。然而，通过高分辨率成像探索和表征反铁磁结构极具挑战，因为相邻自旋反平行排列导致磁矩相互抵消。Vincent Jacques及同事基于金刚石中单个氮-空位缺陷，研发出一种非侵入式扫描磁强计，并用它在室温下在纳米尺度上成像铋铁氧体薄膜内的反铁磁序。铋铁氧体是一种多铁性材料，也就是说它的磁位形可通过电场控制，这对于研发具有可重构的纳米尺度自旋结构的自旋电子设备具有重要意义。


细胞周期调控系统

Nature 549 (2017年9月21日)

当增殖细胞完成有丝分裂后，一些新生子细胞会立即进入下一个细胞周期，而另一些则切换至静止状态。在本周《自然》中，Tobias Meyer及同事揭示了遗传自母细胞的互相矛盾的记忆如何让子细胞决定停止还是启动下一个细胞周期。生长信号引发细胞周期蛋白D1信使RNA在母细胞中累积，而DNA损伤导致细胞包含更高量的活化p53。它们被传递到子细胞中，在这里，细胞周期蛋白D1信使RNA被翻译成蛋白质，而p53促进p21蛋白质的产生。遗传了更多细胞周期蛋白D1的子细胞继续进入下一个细胞周期，而遗传更多活化p53的则进入静止状态。这样形成的细胞周期调控系统通过有偏好地选择DNA损伤较小的细胞进行更频繁的增殖，从而最大程度地优化生长的细胞群的健康状况。封面图片：Jeroen Claus/Phospho Biomedical Animation。

量子变分特征值解算器

Nature 549 (2017年9月14日)

量子化学是量子计算机最具前景的应用领域之一。然而截至目前，科学家只在实验室环境下使用量子硬件对最小的分子系统进行了模拟。在本周《自然》中，Abhinav Kandala、Antonio Mezzacapo和同事使用在超导量子处理器上实现的量子变分特征值解算器模拟较大的分子系统。他们的量子变分特征值解算器硬件资源消耗少，意味着它能够以一种最佳的方式在给定架构上实现。通过这种方法，作者将量子化学计算的范围扩展至氢化锂（LiH）和氢化铍（BeH2），另外还应用他们的技术来解决量子磁性问题。通过数值模拟辅助，实现中的错误渐渐被理解。作者认为减少这类错误将是最终实现在量子计算机上模拟相关分子系统的重要一步。封面图片：Carl De Torres。


石墨烯三明治结构填充量子相位空白

Nature 549 (2017年9月21日)

在过去的十年里，石墨烯逐渐成为一个重要平台，用以发现分数量子霍尔效应可产生的奇异相位。在此效应中，被限制在二维中的电子受到强磁场的影响，强大的相互作用形成复合准粒子。Andrea Young及同事为此类研究建立了一个特殊的高质量平台。他们将双层石墨烯封进六方氮化硼并将此结构夹在石墨电子门之间。因此，他们能够清楚地解析各种分数量子霍尔相位，包括著名的“偶数分母”态。这一相位吸引了大量兴趣，因为据预测，它包含可用作激发态准粒子的非阿贝尔任意子，它们拥有可用于存储量子信息的拓扑属性。


地球上最早的生命起源时间与地球接近

Nature 549 (2017年9月28日)

研究人员从已知最早的沉积岩中发现了相关证据，将地球上有机生命的起源时间向前推了一步。加拿大拉布拉多地区沉积岩的石墨中出现有机碳和稳定同位素漂移，小宮剛及同事认为这将有机生命的存在时间向前推到39.5亿年前。此外，最新研究证明37亿年前地球上生活着各种生物体，包括有光照的浅水区叠层石和深海热泉中的细菌，不一而足。结合本文研究来看，地球上生命存在的时间几乎和地球一样长。

磁性增强

Nature 549 (2017年9月14日)

纳米构筑通常是使用热电材料提高热电转换效率的重点，尤其是在纳米尺度上改变化学和物理特性以修饰材料的整体热导率。电导率也是一个关键参数。在本论文中，赵文俞及同事报告了一种可同时控制热电输运的纳米构筑方案，提高了材料的总体热电性能。他们将一种软磁材料纳米粒子嵌入热电基体。纳米粒子在基体中充当传统的热振动（声子）散射点，同时，纳米粒子磁化状态下的超顺磁波动与基体电子相互作用，分别修饰它们的输运特性。


人类微生物组计划扩展工作的新成果

Nature 550 (2017年10月5日)

本期封面所示为各种口腔细菌的彩色扫描电子显微照。本期介绍了科学家为扩展人类微生物组计划（Human Microbiome Project）所做的工作，而口腔正是这项工作重点关注的6个关键人体部位之一。人类微生物组计划诞生于2012年，对18种不同人体部位进行了采样，全方位地概述了健康人类个体的微生物组。现在，Curtis Huttenhower及同事将这项工作扩展开来，他们以6个人体部位为重点，包括鼻腔、口腔和肠道，在多个时间点对265名个体进行采样，得到了1631个新的宏基因组。这项研究综合采用了菌株分析、种级宏基因组功能分析和纵向分析方法，深化了人们对人类微生物群的认识，为人们进一步理解“健康”微生物群的构成提供了一项重要资源。封面：SPL/Getty