使用社交账号登陆

当前位置: 主页 > Nature专区 > 自然新闻

Nature 中文摘要 | 28 July 2016

时间: 2016年10月12日 | 作者: admin | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
Volume 535, No 7613 审校 赵维杰 杨柳 史静雯 神经生物学 Rapid signallingin distinct dopaminergic axons during locomotion and reward 运动和奖赏过程中独特多巴胺能轴突的快速信号传递 翻译 李骏 M. W.Howe



图片1.pngVolume 535, No 7613

 

审校 赵维杰 杨柳 史静雯

 

神经生物学

 

Rapid signallingin distinct dopaminergic axons during locomotion and reward

运动和奖赏过程中独特多巴胺能轴突的快速信号传递

 

图片2.png

翻译  李骏

M. W.Howe & D. A. Dombeck

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18942.html

 

从中脑到纹状体的多巴胺能投射轴突对运动控制非常关键。在帕金森病中,它们的退化会引起严重的运动缺陷。然而与此相矛盾的是,大多数记录神经元放电的方法报告了响应非预期性奖赏的快速阶段性多巴胺信号传递(约100毫秒的群集神经放电),却鲜有报告运动相关信号传递的证据。目前主要的理论模型认为投射往纹状体的多巴胺能神经元的阶段性神经信号驱动了基于奖赏的学习,而同样这群神经元放电的缓慢变化(几十秒至几分钟)则会使动物倾向或不倾向于运动。然而,现有的研究方法很难提供证据支持或反驳这一理论模型。

 

本研究中,我们采用新的光学记录方法发现了投射往纹状体的多巴胺能轴突的快速阶段性神经信号与运动有关,同时它们的放电活动能够触发小鼠的运动。表达这些神经信号的轴突在很大程度上区别于对非预期性奖赏反应的轴突。这些结果暗示了多巴胺能神经调制能够分别对运动和奖赏学习产生精确度在秒级以下的影响,也提示我们精确的信号传导时间和神经元亚类型在多巴胺相关疾病的治疗中都是非常重要的考量参数。

 

Transfer of mitochondria from astrocytesto neurons after stroke

中风后线粒体从星形胶质细胞到神经元的传递

 

翻译  雷文茜

Kazuhide Hayakawa,      Elga Esposito,   XiaohuaWang,   Yasukazu Terasaki,      Yi Liu,       ChanghongXing,        Xunming Ji   &Eng H. Lo      

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18928.html

 

神经元可以释放受损伤的线粒体并且将它们转移到星形胶质细胞进行分解和循环利用。这种交换线粒体的能力也许呈现出了一种潜在的中枢神经系统内细胞间信号传输模型。我们发现,小鼠体内的星形胶质细胞可以释放能够进入神经元的功能性线粒体。星形胶质细胞向细胞外释放线粒体粒子的过程受到涉及到CD38和环状ADP信号的钙依赖机制的调解。小鼠内的局灶性脑缺血引发了星形胶质细胞线粒体进入临近神经元,这种进入可以放大细胞生存信号。通过使用siRNA抑制CD38信号传输会降低细胞外线粒体转移并且恶化神经系统测试结果。这些发现提出了有助于内源性神经保护和中风后的神经恢复的一个新的线粒体相关神经胶质细胞串扰机制。

 

生物医学

 

Human commensals producing a novel antibiotic impair pathogen colonization

人类共生菌可产生一种能削弱病原体定殖的新型抗生素

 

图片3.png

翻译  王相丽

AlexanderZipperer,    Birgit Schittek, HeikeBrötz-Oesterhelt,  StephanieGrond,  AndreasPeschel&Bernhard Krismer   

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18634.html

 

绝大多数的系统性细菌感染由定殖在人体表面的通常耐抗生素的兼性病原体引起。鼻携带的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, S. aureus)易诱发侵入性感染,但是允许或者干扰该病原体定殖的机制在很大程度上是未知的。已知土壤微生物通过产生抗生素竞争生存,然而这种机制在人类微生物群中鲜有报道。我们的分析表明鼻腔里路邓葡萄球菌(Staphylococcus lugdunensis,S. lugdunensis)可产生路邓素(Lugdunin),这是一种新型的可阻止S. aureus定殖含噻唑烷的环肽抗生素,也是一个罕见的人类相关细菌非核糖体合成有生物活性的化合物的例子。路邓素可在动物模型中有效地杀除主要病原体,同时也不会在S. aureus中产生抗性。值得注意的是,S. lugdunensis在人鼻腔的定殖与S. aureus鼻携带率的明显降低息息相关,暗示路邓素或产生路邓素的共生菌对预防葡萄球菌感染是有价值的。此外,人类微生物群可以考虑作为新抗生素的来源。

 

Structural basis of Smoothened regulation by its extracellular domains

胞外结构域对 Smoothened 蛋白调控的结构基础 

 

图片4.png翻译  赵维杰

Eamon F. X. Byrne, Paul S. Miller,Robert P. Rambo, Mark S. P.Sansom,Simon Newstead,Rajat Rohatgi  & ChristianSiebold  

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18934.html

domains

 

Hedgehog(Hh)和Wnt家族发育信号是通过Frizzled型G蛋白偶联受体(GPCRs)完成跨膜传递的,GPCRs包含7次螺旋跨膜的跨膜区(TMD)和富半胱氨酸的胞外结构域(CRD)。巨大的胞外结构域对TMD实施信号转导的调控方式还不清楚。原癌蛋白Smoothened是转导Hh信号的GPCR,它含有两个不同的底物结合位点:一个位于TMD而另一个位于CRD。在这里,我们解析得到了Smootheded蛋白的晶体结构。结构中CRD堆叠于TMD之上,并由位于中间的楔形连接域分隔开来。基于结构设计的突变显示,CRD、连接区和TMD之间的结合面可以稳定Smoothened的非活性构象。意外地,我们在Smoothened位于CRD的底物结合位点中观察到了一个胆固醇分子。我们预测会破坏胆固醇分子与Smoothened蛋白结合的突变体丧失了转导天然Hh信号的能力。当一种临床应用的受体拮抗剂vismodegib结合于TMD时,蛋白的CRD会随之产生构象变化,使得胆固醇分子无法结合于CRD-连接区-TMD的结合面上。我们的研究展示了由底物决定的胞外域与跨膜区之间的相互作用对GPCR活性进行调控的结构基础。

 

HIV-1 antibody 3BNC117 suppresses viral rebound in humans during treatmentinterruption

中断治疗后抗体 3BNC117 能抑制HIV-1感染者的病毒反弹

 

图片5.png 

翻译  苗润丰

JohannesF. Scheid,Joshua A. Horwitz,Yotam Bar-On,Edward F. Kreider,Ching-Lan Lu, JulioC. C. Lorenzi, Gerald H. Learn        

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18929.html

 

对采用联合抗逆转录病毒疗法(combination antiretroviral therapy, ART)的HIV-1感染者的治疗中断会导致快速的病毒反弹。这里,我们报道一个针对HIV-1 病毒包膜上CD4结合位点的广泛而有效的中和抗体3BNC117的IIa期公开标签的临床试验的评估结果。这一临床实验评估的样本是13个进行了分析性治疗中断(analytical treatmentinterruption, ATI)的HIV-1感染者。所有实验参与者的体外培养病毒产物都对3BNC117敏感。实验中3BNC117抗体的注射剂剂量为30 mg/kg,每隔3周注射2剂,或者每隔2周注射4剂,这样的剂量通常是能被感染者身体接受的。每次2剂的注射可以将病毒反弹延迟5-9周,而每次4剂的注射条件下,这一延迟可达到19周,两种注射方式导致延迟的平均值分别为6.7周和9.9周,这一结果与历史对照组数据2.6周相比,p<=1e-5。病毒反弹主要由单一前病毒引起,在大多数感染者中,新出现的病毒的抗性和逃逸能力有一定的提高。然而,30%的实验参与者在抗体浓度降低到20μg/ml之前,体内病毒保持抑制状态,而且除一位感染者外,其他感染者体内新生病毒并无明显的3BCN117抗性,这提示着他们在9-19周中逃逸失败。我们得出结论:3BNC117给药对ATI治疗中感染者体内HIV-1病毒从潜伏病毒库的新生施加很强的选择压。

 

Mitochondrialand nuclear DNA matching shapes metabolism and healthy ageing

线粒体及核DNA的匹配影响新陈代谢和健康老龄化

 

图片6.png翻译 王相丽

AnaLatorre-Pellicer,Raquel Moreno-Loshuertos,     Ángel Carracedo,       AciscloPérez-Martos, Patricio Fernández-Silva,       Jesús Ruíz-Cabello,     JesúsVázquez & José Antonio Enríquez        

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18618.html

 

人类线粒体DNA(mtDNA)呈现出广泛的群体内序列变异。尽管缺乏分子水平的机制证据,很多研究暗示mtDNA变体可能与衰老或疾病相关。线粒体替换具有阻止致病卵母细胞mtDNA传递的潜质。但是,这项技术的延伸需要对的mtDNA序列变异的生理相关性及其与核编码的线粒体基因相匹配有着全面的理解。在conplastic动物中的研究允许相同核基因组不同mtDNA变体的个体间进行对比,并为mtDNA影响机体生理提供了支持和反驳两方面的证据。然而,大多数这些研究并没有证实conplastic的状态,专注于较为年轻的动物,也没有调查可能受线粒体影响的各种生理和表型的变化范围。通过运用转录组、蛋白质组、代谢组学、生化、生理和表现型研究,我们在这里系统地研究了conplastic鼠生命历程中的特点。我们的研究表明mtDNA单体型深刻地影响了线粒体蛋白质稳态、活性氧生成、胰岛素信号传导、肥胖及包括端粒缩短和线粒体功能障碍在内的老化参数,导致conplastic种群间健康长寿的显著差异。

 

生物化学

 

Sliding sleeves of XRCC4–XLF bridge DNA and connect fragments of broken DNA

XRCC4-XLF滑动套筒桥接DNA和连接断裂DNA碎片

 

翻译:王相丽

InekeBrouwer,           Gerrit Sitters,   Andrea Candelli,         Davide Normanno,Mauro Modesti,    Erwin J. G. Peterman         & Gijs J. L. Wuite     

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18643.html

 

非同源末端连接(NHEJ)是哺乳细胞修复双链DNA断裂(DSBs)的主要途径。这类断裂在如获得性免疫反应的基因片段重组过程中或由癌症治疗药物形成。尽管NHEJ机制的核心组件已知,但是这些组件的特定功能以及携带断裂DNA碎片使其拼接在一起的动力学过程依然很难知晓。结构相似的XRCC4和XLF蛋白被认为可以在DSBs处或DSBs附近组装成高度动态的细丝。我们在这里应用结合荧光显微镜的双极和四极磁阱光学镊子揭示了人XRCC4、XLF及XRCC4-XLF复合物如何与DNA实时地相互作用。我们发现XLF刺激XRCC4与DNA结合并形成沿DNA迅速移动的异聚复合物。此外,我们还发现XRCC4-XLF复合物可以强劲地在两个独立的DNA分子间架桥而这种桥接可以沿DNA滑动。这些发现暗示XRCC4-XLF复合物形成围绕DNA的移动套筒结构,重新连接断裂末端并使其拼接在一起。理解该动力学过程及这种机制的调控将有利于阐明NHEJ蛋白如何参与产生染色体易位。

 

Dynamicsof ribosome scanning and recycling revealed by translation complex profiling

由翻译复合物图谱分析揭示的核糖体扫描和回收动态过程

 

图片7.png翻译 闫海洋

StuartK. Archer,  Nikolay E.Shirokikh, Traude H. Beilharz & Thomas Preiss 

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18647.html

 

信使RNA翻译的调控是真核生物基因表达调控的核心。调控输入由mRNA未翻译区域(untranslated regions ,UTRs)指明,且常常把翻译起始作为目标。起始包含40S核糖体的小亚基(small subunit ,SSU)与mRNA5’端帽附近相关真核起始因子(eukaryotic initiation factors ,eIFs)的结合;然后SSU沿着3’方向扫描直到发现起始密码子并在这里连接60S核糖体大亚基(large subunit ,LSU),构成80S核糖体。由于缺乏捕获早期中间体的方法,起始模型中扫描和其他动力学方面依旧只是猜想。我们利用翻译复合物图谱测序(translation complex profile sequencing ,TCP-seq)在酵母细胞中揭示了完整翻译周期的动力学研究,这是从核糖体图谱分析发展而来的一种方法。我们通过观察SSU沿着5’UTRs的足迹证实了扫描过程的存在。扫描中的SSU有向5’延伸的足迹(多达75核苷酸),说明其与在出口通道显露的mRNA有额外的相互作用,促进向前移动。我们可视化了起始复合体的构象改变,因为SSU的足迹在起始密码子处合并成3个主要尺寸(19,29和37核苷酸)。它们共享同一个5’起始位点,但在3’端结束位点不同,反映了随着起始密码子的识别,在入口通道处从开放到关闭状态的连续变化。我们也观察到LSU离开后SSU“徘徊”在终止密码子附近。我们的结果利用直接的基因组范围内的体内证据,支持了以数十年生物化学和结构研究为基础的翻译起始和终止的机械模型我们的方法捕获了翻译的所有阶段的核糖体复合物并将有助于研究不同细胞环境的翻译动力学。疾病中普遍存在翻译调节异常,比如SSU扫描是抗癌药物发展的靶点。TCP-seq将被证明在病理学中辨别特定mRNA起始的差异以及对治疗的响应这两方面是有用的。

 

Structural organization of the inactive X chromosome in the mouse

小鼠体内失活X染色体的结构组成

 

翻译 赵红蕾

LucaGiorgetti, Bryan R.Lajoie, Chong Jian Chen,    Noam Kaplan,Howard Y.Chang,       Edith Heard & Job Dekker 

 http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18589.html

 

X染色体失活(XCI)涉及到当X染色体沉默和异质化时的发生的主要结构重组。在雌性哺乳动物发育过程中,XCI是由两条染色体其中之一的非编码Xist RNA的上调引起的。Xist 基因顺式覆盖染色体,通过它的A-重复区域诱导几乎所有的基因沉默,尽管一些基因(组成型逃逸基因)在大多数细胞类型中会避免沉默,另一些基因(兼性逃逸基因)只在特定的环境中避免XCI。Xist 基因在组织X染色体失活(Xi)中的作用已经被提出过。近期,染色体构象捕获方法揭示了失活X染色体局部结构的全局丢失,并形成由包含DXZ4微卫星的区域分隔开的大型结构域。然而,在沉默和表达的区域里,失活X染色体的分子结构都没有被研究清楚。本文中,我们调查了小鼠高多态性克隆神经祖细胞(NPCs)和胚胎干细胞中失活X染色体的结构,染色质可达性和表达状态。我们使用了等位基因特异性基因组范围内染色体构象捕获(Hi-C)分析,和易接近转座酶核染色质高通量测序(ATAC–seq)以及RNA测序分析,证实了Xist 基因和含有DXZ4基因的边界在形成失活X染色体构象中的重大作用。将边界去除之后破坏了大结构域的形成, Xist RNA的诱导起始了边界的形成和DNA可达性的缺失。我们也展示了在NPCs中,除了逃逸了XCI的基因周围,失活X染色体缺少了有活性/无活性的部分和拓扑关联域。逃逸基因簇展示出TAD相似的结构,在临近启动子和CTCF结合区保持了DNA的可达性。除此之外,不同的神经祖细胞克隆中兼性逃逸基因的模式改变和XCI之后不同的TAD类似结构的出现相关。这些发现表明了神经祖细胞X染色体失活的情况下,转录和CTCF在TADs的形成中的重要作用。

 

进化发育生物学

 

A somitic contribution to the apicalectodermal ridge is essential for fin formation

体节对顶端外胚层嵴的贡献是形成鳍的必要因素

 

图片8.png

翻译 陈肖

Wouter Masselink, Nicholas J.Cole, Fruzsina Fenyes, Thomas E. Hall& Peter D. Currie     

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18953.html

 

从鳍向四肢的过渡是一个重要的陆生适应过程,但是这一关键的进化转变是如何从发育的角度实现的至今仍然未知。目前的研究主要集中于顶端外胚层嵴(apical ectodermal ridge, AER),及其在鳍和四肢生长过程中分泌的信号分子所发挥的作用。相较于四肢的AER,鳍的AER会快速的转变成顶端褶皱,并且在这个过程中关闭掉源于AER的能够刺激附肢骨骼前体物细胞增殖的信号。在鱼和四足动物发育过程中AER的不同命运引出了这样的推论,鳍褶的形成是向依赖于AER的鳍间质膨胀进化的障碍之一,而鳍间质膨胀对于产生四肢内增长的附肢结构是必需的。因此人们假设,在AER向顶端褶皱转变的过程中存在一个异时性转换,其对四肢的进化起到至关重要的作用。然而对此模型的验证又受缚于对控制诱发顶端褶皱的机制的了解的匮乏。

 

本文揭示,一种新确认的源于体节的细胞谱系对斑马鱼AER的侵入,调节了顶端褶皱的形成。去除这些细胞可以阻碍顶端褶皱的形成、延长AER的活性,并增加鳍芽间质细胞的数量,这样的结果暗示,这些细胞能够提供鳍肢转变的Thorogood时钟模型(Thorogood’s clock model)中所提出的某种定时机制。我们进一步证明,这些诱导顶端褶皱产生的细胞在有颌类的进化过程中逐步丢失;这些细胞在四足动物附肢内的缺失暗示,他们的丢失对于泥盆纪肉鳍鱼类肢结构的形成是一个必要的前奏。

 

社会生物学

 

Indifference to dissonancein native Amazonians reveals cultural variation in music perception

亚马逊土著人对不和谐音无感揭示音乐认知的文化差异

 

图片9.png(图片来源:https://www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160713143021.htm)

 

翻译 刘小鸥

Josh H.McDermott, Alan F. Schultz, Eduardo A. Undurraga & Ricardo A.Godoy

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18635.html

 

音乐存在于所有文化中,但它被生物学塑造的程度仍然具有争议。一种被广泛讨论的现象是,在西方人认知中,一些音符的组合是是愉快和谐的,而另一些则是刺耳不愉悦的。和音与不和谐音的对比是西方音乐的核心,自古希腊起其起源便吸引着学者。科学家们普遍假设,对和音的审美反应具有生物学根源,因而普遍存在于人类中。相反,民族音乐学家与作曲家提出,和音是西方音乐文化的产物。这个问题仍未得到解答的部分原因在于,人们对和音偏好的跨文化差异程度知之甚少。本研究中,我们报告了对提斯曼土著人(一个鲜少接触西方文化的亚马逊土著部落)及接触西方音乐程度不同的玻利维亚和美国的对照人群的实验结果。参与者对声音的愉悦度进行评价。尽管提斯曼土著人对熟悉的声音与声音粗糙度表现出类似西方的审美反应与辨识能力,他们却对和谐与不和谐的和弦与人声合声给出了同等程度的愉悦度评价。相比之下,虽然不及美国居民的程度,玻利维亚城市与乡镇居民表现出对和音明显的偏好。实验结果表明,在完全隔绝于西方音乐的文化中,对和音的偏好可能不存在,因此它不太可能反映固有的偏好或接触自然和声的程度。观察到的偏好差异很可能取决于接触音乐和声的程度,这暗示着文化对塑造音乐的审美反应具有主导作用。

 

天文·物理

 

Suppression of starformation in dwarf galaxies by photoelectric grain heating feedback

矮星系中光电颗粒加热反馈对恒星形成的抑制

 

图片10.png(图片来源:http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18292.html

 

翻译:刘小鸥

John C. Forbes, MarkR. Krumholz, Nathan J. Goldbaum  & Avishai Dekel

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18292.html

 

光电加热(即通过远紫外光子对尘埃颗粒加热)一直被认为是中性星际介质加热的主要来源。旋涡星系的模拟已显示出光电加热能够抑制恒星形成的迹象。但包含光电加热的模拟通常表明,其对旋涡星系或矮星系中恒星形成速率影响甚微,这暗示着是超新星控制了星系中气体损耗时间。这一结果与最近的研究工作形成了对比,表明了依赖星系金属度(正如所预料的光电加热,但非超新星)的恒星形成定律比独立于金属度的定律能够更好地重现现今的星系数量。本研究中,我们报告了一系列对矮星系的模拟,在这类星系中的光电加热与超新星均被认为是最强的。我们在模拟中同时包括了空间与时间相关的光电加热,并解析了每个超行星爆震波的能量守恒阶段,这使得我们能够直接测量被抑制的恒星形成中超行星与光电加热反馈的相对重要性。我们发现,超新星并不能解释矮星系中监测到的较长的气体损耗时间,而光电加热是矮星系在任意给定时间调控其恒星形成速率的主要方式。相比于只有超新星的模拟,光电加热对恒星形成速率的抑制程度超过一个数量级。

 

Solar-type dynamo behaviourin fully convective stars without a tachocline

不具有差旋层的全对流恒星的太阳型发电机行为

 

图片11.png(图片来源:http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/535500a.html)

翻译:刘小鸥

Nicholas J.Wright & Jeremy J. Drake

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18638.html

 

在太阳型恒星(即具有与太阳类似的辐射核与对流包层的恒星)中,磁场为星斑、耀斑和其它太阳现象以及紫外线至X射线波长的色球与日冕发射供能。产生场的发电机取决于较差自转的内部磁场剪切。剪切一直被认为发生于辐射核与对流包层之间的边界层,即差旋层。全对流恒星不具有差旋层,其发电机制被认为十分不同,尽管它的确切形式和物理相关性尚未可知。本研究中,我们报告了对四颗全对流恒星的监测结果,这些恒星的X射线发射与其自转周期相关,这与太阳型恒星中的一样。由于X射线的活动-自转关系是已确立的磁发电机行为的替代指标,这些结果意味着全对流恒星也按照太阳型发电机的机制运行。因此,全对流恒星中差旋层的缺乏暗示着它并不是太阳发电机的关键要素,同时支持了发电机的产生贯穿对流层的模型。

 

材料·技术

 

Combinatorial design of textured mechanicalmetamaterials

特定结构机械超材料的组合设计

 

图片12.png

翻译 王洁素

Corentin Coulais,Eial Teomy,Koen de Reus, Yair Shokef & Martin van Hecke

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18960.html

 

超材料的结构复杂性是没有上限的,但在实践中,大多数设计包含周期性结构,使得材料具有空间均匀的特征。在软体机器人、修复学和可穿戴技术方面的更多高级应用都涉及到空间特定结构的力学功能性,这要求材料具有非周期结构。然而,单纯直接地去设计这种复杂结构必然导致几何阻挫(因为不可能处处满足局部约束条件),从而会阻碍相关操作及其功能性。本文中,我们提出一种组合策略来设计这种非周期、无阻挫的、展现出空间特定结构功能性的机械超材料。我们从以下方面实现了此策略:非均匀畸变的立方构建模块(体元)允许共同作用形变,从而保证畸变了的构建模块像在三维拼图中那样彼此洽和的局部叠加规则和3D打印技术。这些非周期超材料展现出长程全息序,与二维像素化其表面纹理得到的三维内部体元排布相一致。它们同时扮演了可程序化的形变体,当被单向压缩时,它们会变成可预见并且可设计的空间复合形状。最后,其形变表面对压应力的力学响应揭示了它们在传感和图像识别方面的能力。因此,组合设计为研究具有罕见排列顺序和类机器功能性的机械超材料开辟了一条新道路。

 

海洋·大气

 

图片13.png

Western boundary currents regulatedby interaction between ocean eddies and the atmosphere

海洋涡旋与大气的相互作用对西边界流的影响

 

翻译 赵维娜

Xiaohui Ma,    Zhao Jing,       Richard J. Greatbatch, Peter Brandt,   Dexing Wu,     Xiaopei Lin     & LixinWu           

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18640.html

 

目前的气候模型系统地低估了与强西边界流(如黑潮和墨西哥湾流延伸体)有关的海洋锋的强度,并难以模拟它们在中纬度海洋西边界的位置。即使用一个增强的网格分辨率解决海洋中尺度涡问题(水平尺度约100km的能量循环,与海洋锋和边界流有强烈的相互作用),偏差问题依然存在;我们需要更好的理解海洋锋区动力学机制来改善气候模型。然而,关于西边界锋的主流理论是基于海洋内动力学,并未考虑这些海洋锋区强烈的空气-海水相互作用。文中我们通过研究黑潮延伸体区——日本以东黑潮的直接续流,表明海洋中尺度涡和大气(OME-A)的相互作用对维持西边界流有重要作用。在涡-解耦合气候模型模拟中削弱中尺度涡和大气的相互作用,会导致黑潮流速减弱20%-40%。这是由于OME-A相互作用对中尺度涡势能破坏的主导作用,并耗散了黑潮延伸体区超过70%的涡旋势能。缺乏中尺度涡和大气的耦合反馈不可避免地导致漩涡势能产量的减弱,因为这能维持中尺度涡的能量平衡,从而导致平均流的减弱。这一发现对改进主要海洋锋气候模式具有重要意义,是模拟和预报温带风暴、其他极端事件以及其对气候变化的影响的基本要素。

 

High-resolution seismic constraints on flow dynamics in theoceanic asthenosphere

海洋软流层中流体动力学的高分辨地震约束

 

翻译 赵维娜

Pei-Ying Patty Lin,     James B.Gaherty,       GeJin, John A. Collins, DanielLizarralde,     Rob.L. Evans & GregHirth      

http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7613/full/nature18012.html

 

地幔对流和构造板块的运动会引发地球内部变形,变形产生的岩石结构构造可以通过地震波的各向异性进行识别。变形通常被推断在位于靠近上地幔下方的海洋岩石圈边界,包括附近通过角流形成新板块的海底扩张中心和能够润滑大尺度板块驱动流、适应小尺度对流的一层薄弱软流层。海洋上地幔地震模型不同于这些变形过程的相对重要性:局部壳幔边界(莫霍面)具有强烈的海底扩张结构,但在全球和洋盆规模上,与软流圈相比海洋岩石圈通常呈现较弱的各向异性。我们使用布设在中太平洋的OBS(海底地震仪)排列记录的瑞利波(Nomelt 实验),提供了板块中部海洋岩石圈——软流圈的地震各向异性局部约束。我们发现高地震波速盖层中的方位各向异性是最强的,快波方向与海底扩张一致。最低级的方位各向异性发生在中部的地震波低速区,然后在软流圈最弱部分以下随深度增加。快波方向在任何深度都没有对应明显的板块运动。研究结果暗示,浅海洋地幔在洋中脊角流中发生的应变变形是最大的,通过软流圈内部的压力驱动或浮力驱动。在下伏软流圈之上与板块运动有关的剪切如果存在的话,相比其他过程是较弱的。