nature中文摘要 2015.4.9

如何降低先天性心脏病风险；气候变化和永久冻土；土星自转周期测定；铹的第一电离势；可遗传变异影响人类大脑皮层下结构

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Volume 520 Number 7546 9，April 2015

 

Climate change and the permafrost carbon feedback

综述：气候变化和永久冻土碳反馈

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14338.html

 

北极圈内以及亚北极地区冰冻的土壤（永久冻土）中储存了大量的有机碳。气候变暖会导致环境变化，加快微生物分解有机碳并释放温室气体二氧化碳和甲烷的过程。这一反馈可加速气候变化，但温室气体在这些区域释放的程度和时间以及它们对气候变化的影响目前还无法确定。本文发现，现有证据表明，在气候变暖的条件下，温室气体的排放是渐进且持久的。同时，本文还提出一个研究策略，主要针对永久冻土碳动态某些目前所知甚少的方面。

Branch-specific dendritic Ca2+ spikes cause persistent synaptic plasticity

树突棘分枝特异的树突Ca2+电位诱导持续的突触可塑性

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14251.html

 

大脑拥有极大的记忆储存能力，然而，大脑究竟是如何在不破环原有记忆基础上增加新信息的，人们还不得而知。本文表明，在小鼠大脑皮层运动区域，不同的运动学习任务能在单一V层锥体神经元的不同树突棘激发Ca2+电位。这些任务相关的树突棘分枝特异性Ca2+电位能诱导在电位产生时有活性的树突棘上的后突触的长时间处于活性状态。当表达生长激素抑制素的中间神经元失活时，不同的运动任务频繁激发相同树突上的Ca2+电位。在这些树突上，在一个任务中活化的树突棘在第二次Ca2+诱导活化前将失活。同时，另一项任务的学习会干扰因之前学习任务而增加的神经元活性和提高的能力。这些发现表明，树突特异性Ca2+电位的生成对于建立长时间的突触可塑性有很重要的作用，此外，对储存不同学习经验所积累的信息也有所帮助。

Saturn’s fast spin determined from its gravitational field and oblateness

通过引力场与扁率测定土星的快速自转

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14278.html

 

由于土星磁极和旋转轴是重合的，因此我们无法利用磁场测量来确定它的自转周期。“旅行者”号探测器此前用无线电测量其周期为10小时39分22.4秒，“卡西尼”号测得的周期则为10小时47分6秒，并且该值在后续测量中发生了变化，很明显，无线电测量不能用来确定大质量行星的自转周期。基于测量土星风场的估计更增加了其不确定性，给出了一个比“旅行者”号还要小的自转周期。目前土星的自转周期被认为是在10小时32分和10小时47分之间，这一结果很难让人满意。这里我们报告了一个10小时32分45秒±46秒的自转周期，该结果是基于最优化方法由土星引力场和观测形状及可能内部密度分布的限制得到的。此外，即使单独应用引力场的限制，也可以以数分钟的精度推测出土星的自转周期。为了证实我们的方法，我们对木星应用了同样的方法并且正确得到了其广为人知的自转周期。

 

Measurement of the first ionization potential of lawrencium, element 103

测量103号元素铹的第一电离势

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14342.html

 

元素的化学性质主要是由价电子层的电子排布决定的。周期表的第六行开始的重元素，其电子结构会受相对论效应影响，而这种效应在第七行（包括锕系）的元素上会急剧提高，甚至会影响基态的电子排布。相对论效应会使原子s轨道和p1/2轨道更稳定，而p3/2、d轨道和f轨道会变得不稳定，因此重元素的基态可能会跟同族较轻的元素有所不同。第一电离势（the first ionization potential，IP1）是指将中性原子的一个价电子移除时所需要的能量，它是一种反映最外层电子排布的原子性质。对第一电离势的精确测量可以帮助我们了解价电子束缚能，从而确定相对论的影响。然而，重原子是很不稳定的，因此在同一时间得到多个重原子非常困难，这是测量重原子第一电离势的难点所在。然而，来自日本原子能机构（JAEA）的科学家最近测得了103号元素铹（Lr）的第一电离势是(4.96 +0.08 -0.07)电子伏特。他们采用的是铹-256原子（半衰期为27秒），用高效的表面离子源和放射性同位素探测系统，与质量分离器相耦合。所测得的电离势与相对论理论计算预言的4.963吻合得非常好。这一工作为理论研究提供了可靠的支持，也打开了超重元素（即锕系以后的元素）第一电离势测量的新大门。

A primordial origin for the compositional similarity between the Earth and the Moon

地球与月球相似组分的来源

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14333.html

 

地月系统中大部分的特征都可以用行星胚胎之间的碰撞和地球在随后的吸积过程来解释。模拟显示，最后聚集形成月球的大多数的物质就发源于这些撞击物。然而，地球和月球上的同位素组分分析表明其高度的相似性。相反，其他银河系天体的组分却与地球和月球的明显不同，说明不同的银河系天体有着不同的组分。这就挑战了大碰撞的设想，因为形成月球的碰撞块应当与形成原始地球的碰撞物组分不同。在此，我们在一套行星吸积的模拟实验中追踪正在形成中的星球的进料区，以测量形成月球的碰撞块的组分。我们发现，尽管在同一模拟中形成的不同的星球其组分各不相同，但在统计上，巨大的撞击物的组分和它们所碰撞的星球组分更为类似。成对的星球-碰撞星球之间有一大部分的组分几乎是完全相同。因此，地月之间组分的相似性可能就是最近巨大碰撞的自然而然的结果。

 

Levantine cranium from Manot Cave (Israel) foreshadows the first European modern humans

以色列Manot洞穴的东地中海地区人类头骨预示着欧洲最早的现代人

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14134.html

 

人类进化史上一个关键事件就是在距今6万～4万年前现代人从非洲开始后在欧亚大陆上的扩张，并替代了所有其他的人种。由于这一时期人类化石的缺乏，现代非洲之外起源人种的祖先在很大程度上还是一个谜。本文描述了一个最近在Monot洞穴（位于以色列的西加利利）发现的不完整人类头盖骨，通过铀－钍测年法测定年龄为距今54.7 ± 5.5 千年以前（算术平均数 ± 2倍标准差）。该头盖骨为这一关键事件提供了重要信息。Manot 1号头骨的整体形状和局部形态特征表明，该不完整头骨确定属于现代人。它的外形和近代非洲人以及旧石器时代晚期的欧洲人头骨相似，但却与东地中海地区大部分其他解剖学上的早期现代人不同。这就表明，Manot人可能与最早迁徙到欧洲定居的现代人密切相关。因此，用于支持欧洲“同化模型”的解剖学特征可能并非从欧洲尼安德特人那里继承而来，而是来自更早期的东地中海人。此外，Manot 1号是目前能够证明在旧石器时代中晚期界线上，现代人与尼安德特人同时居住在东地中海地区南部的现代人标本，并且时间也接近可能的尼与安德特人通婚事件。

 

Common genetic variants influence human subcortical brain structures

常见的可遗传变异影响人类大脑皮层下结构

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14101.html

 

人类大脑的高度复杂结构在很大程度上受到遗传学因素的影响。大脑皮层下的区域与皮层区域形成回路，共同协调运动、学习、记忆和动机。回路的改变会导致异常行为和疾病。为了探索常见可遗传突变是如何影响这些大脑皮层亚结构的，本研究组在50个群体共30,717个个体中，利用核磁共振成像，对七个皮层下区域的体积和颅内容积进行了全基因组关联分析。本研究发现了5个能影响壳核和尾状核体积的新突变。此外，本研究还发现了关于三个已被证明能影响海马回体积和颅内容积的基因位点的能强有力的证据。这些突变能特异性地影响脑内结构的体积，但没有对大脑全局性的影响。最为显著的影响发生在壳核，在那里一个新发现的基因间区的突变能对壳核体积产生可重复的影响。证据显示，KTN1基因表达水平在大脑和血组织中的改变与此相关。影响壳核体积的变异基因聚集出现在调节凋亡、轴突导向和囊泡运输等发育基因附近。这些可遗传变异的鉴别为理解人脑在发育上的差异性提供了见解, 并有助于揭示神经功能障碍的机制。

 

The maternal-age-associated risk of congenital heart disease is modifiable

与母亲年龄相关的患先天性心脏病风险是可改变的

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14361.html

 

即便在新生儿没有任何染色体异常的情况下，母亲的年龄仍是新生儿患先天性心脏病的一个风险因素。带来这种患病风险的原因，究竟在于母亲还是卵细胞，目前仍不清楚。母亲年龄对先天性心脏疾病的影响，可在含有一个心脏转录因子基因Nkx2-5的突变的小鼠幼崽中建模研究。本文利用年轻的和年老的雌鼠之间相互移植卵巢实验，研究了母亲年龄相关的患病风险的机制。高脂肪饮食并没有加速母亲年龄增长带来的影响，故不能简单地用高血糖解释该现象。这种与年龄相关的患病风险还与母亲的种族背景有关，说明这是一种数量性状。很值得注意的是，自主锻炼——不论从年轻时就开始、或是后来才开始的——都能减少这种患病风险。因此，即使后代携带能引起先天性心脏的突变，来自母亲的干预仍能有意义地降低其患病的风险。

 

Repeated ER–endosome contacts promote endosome translocation and neurite outgrowth

反复的内质网-核内体接触促进核内体易位及神经突突起生长

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http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14359.html

 

分泌和胞吞通路的主要细胞器——分别为内质网（ER）和核内体——通过接触部位相连接。随着核内体成熟，接触部位的数量增加。这些部位的作用之一是通过一个与内质网相连的磷酸酶，使核内体信号受体胞质尾脱磷酸化；除此之外，它们还能负性调节核内体与负端定向微管马达——即动力蛋白——的联系，或是介导核内体分裂。还有人提出胆固醇转运和钙离子交换是接触位点的额外功能。然而，内质网-核内体接触部位的成分、活动和调节还没有被完全理解。本文证明，在人类和大鼠细胞系中，一种可促进突出和突起生长的内质网蛋白——突出素（protrudin），经由小GTP酶RAB7和磷脂酰肌醇3-磷酸（PtdIns(3)P）同步检测，与晚期核内体（LEs）形成接触部位。这些接触部位介导微管马达驱动蛋白1在晚期核内体上从突出素到马达接头FYCO1的转移。反复的晚期核内体-内质网（LE-ER）接触促进晚期核内体向细胞周边的微管依赖型易位，及随后与胞质膜的突触结合蛋白-VII-依赖型融合。这种融合诱导突出和神经突的突起生长，而这种突起生长要求突出素和FYCO1与晚期核内体和激酶1的相互作用能力。因此，含有突起素的内质网-晚期核内体接触位点是激酶1登陆到晚期核内体上的平台，而由反复的内质网接触供能的激酶1介导的晚期核内体向质膜的易位，促进突出和神经突突起生长。

 

（来自《自然》，翻译：赵欢，王文佳，高睿，丁家琦，李伯勋，魏若妍；审校：程孙雪子，李伯勋，丁家琦）

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