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[自然要览]

（选自英国Nature杂志，2006年3月23日出版）

封面故事：摩尔定律2020年后将不再适用
2020 VISION: How computers will change the face of science

计算能力的提高在过去15年里使科学家的工作方式发生了迅速变化。指出电脑功能每18
个月将提高一倍的摩尔定律，对于计算能力及其所能处理的软件的预测也许只在2020年
以前有效。本期Nature的“News Features and Commentaries”栏目，辟专辑讨论了科
学家们应对挑战的方式，以及我们从现在到2020年间所面临的挑战。（News Features
p.398-405; Commentary p. 409-419; Editorial p. 383）


人工智能的未来（SALT TALK）
When computers take over
Ray Kurzweil在 “The Singularity is Near: When Humans Transcend Biology”一
书 中对人工智能未来的设想，在未来学领域引起很大轰动，其轰动之大足以成为《纽
约时报》一个排行榜上“2005年度第13部被博克谈论最多的图书”
（http://tinyurl.com/nmnz2） 。我们的书评人、理论物理学家Paul Davies评论说，
该书有令人欣喜的猜测，但也有这一领域所特有的大量疑点。（Books and Arts p.
422）


H5N1禽流感病毒为什么不易在人群中传播（Something in the airways）
Avian flu: Influenza virus receptors in the human airway
我们应当庆幸的是，尚未有H5N1禽流感病毒在人与人之间传播的报告。现在，研究人员
发现了一个可能的分子障碍，可能是该障碍阻止了这种情况的发生。问题的关键在于了
来自禽类和人类的病毒所偏爱的不同受体在人类气管中的分布。禽流感病毒喜欢与下呼
吸道中常见的结合分子结合，而这些结合分子在上呼吸道中较少。因此，禽流感病毒不
易通过液滴感染或咳嗽来传播。（Brief Communications p. 435）


从南极冰芯看气候变化（It's a long story...）
Southern Ocean sea-ice extent, productivity and iron flux over the past
eight glacial cycles
在南极洲Dome C钻探出的长度超过3公里的冰芯，代表着74万年的纪录，或者说是8个冰
川周期的纪录。这将是今后若干年内可以获得的最长的气候纪录，所以从该冰芯收集到
的信息将成为南极气候研究的一个基准。对该冰芯中所含代表海洋生产力和铁通量的化
学物质所做的一项分析表明，南极周围海冰的消长在千年时间尺度上是与气候的升降一
致的，但在较短的时间尺度上二者之间的一致性则较差。在寒冷的时期，从较干的巴塔
哥尼亚产生大量尘埃，降落在南大洋，在那里，它们可能对海洋生产力产生影响。但硫
化合物在海洋中的生产（可能会影响到云的成核过程）在整个时期都保持得非常稳定。
虽然气候模式在44万年前发生了变化，但没有发现内部气候反馈机制中有明显变化。
（Article p. 491）


人类第11号染色体的分析结果（UP TO ELEVEN）
Human chromosome 11 DNA sequence and analysis including novel gene
identification本期Nature上发表了“人类基因组项目”组对11号染色体的分析结果。
该染色体是人类基因组中基因和疾病最丰富的染色体之一，含有超过40%的嗅觉受体基
因（所有后生动物基因组中最大的多基因家族），还是Beckwith-Wiedemann综合症区域
（被研究最多的印记区域之一）所在的染色体和贝塔-球蛋白基因团（该基因团是包括
镰刀形细胞贫血在内的几种疾病的致病基因）所在的染色体。（Article p. 497）


对高红移星系四个异常结果的解释（METAL WORK）
Significant primordial star formation at redshifts z  3–4
如果对关于星系形成的当前模型做一个简单的改动，就可以轻易解释在对高红移星系观
测过程中最近所获得的四个异常结果。要做的改动是，假设红移在z =3 至 z = 4之间
的很多星系的恒星中10%至30%是“原始的”。也就是说，它们中尚未含有大量金属（对
宇宙学家来说，金属指的是所有重于氦的元素）。以前的假设是，较重元素的微量混合
在这些红移值相对较低的恒星上、在10亿年的时间尺度上广泛存在。（Letter p.
501）


超新星的形状（How supernovae shape up）
A non-spherical core in the explosion of supernova SN 2004dj
超新星多年来受到广泛研究，尤其是自发现它们与伽马射线暴有关以来。但仍有一些关
于它们的基本问题尚未得到回答，例如它们的形状是什么？爆炸几何一直是个难题，因
为其他星系中的超新星太遥远，在我们的夜空中它们看起来仍然只像一个点。现在，对
SN 2004dj（迄今所观测到的最近的正常II-P型超新星）所做的观测表明，正在扩展的
喷发物的最里面的区域严重变形，这可能是严重非球形的爆炸机制所产生的结果。这种
性质可能是所有类型超新星的核坍缩过程所固有的。（Letter p. 505）


由光驱动的分子机器（Let's twist）
Mechanical twisting of a guest by a photoresponsive host
人们研制出若干“分子机器”，来做正常大小的镊子、转子和刹车所做的同样的工作。
本期Nature报告了人们朝研制更复杂分子机器方向所迈出的重要一步，即能够操纵第二
个分子的由光驱动的“分子踏板”。由光诱导的发生在分子一端的构象变化，会转动分
子的中心，在分子的另一端诱导踏板产生像剪刀一样的运动。这种由程序控制的、完全
可逆的转动和踏板动作，被转化成一个转动的“客体”分子的扭动，这个“客体”分子
通过非共价相互作用被束缚在踏板之间。将这一概念进行延伸，也许就可以实现在更大
的、联锁的分子体系中对分子事件进行遥控。（Letter p. 512）


关于“产烷生物”的最古老证据（Methanogens arrive early）
Evidence from fluid inclusions for microbial methanogenesis in the early
Archaean era
能产生甲烷的微生物被认为是古生物，但科学家不能肯定它们最早是在什么时候出现在
地球上的。现在，新的结果表明，从西澳大利亚Pilbara克拉通采集的距今35亿年的岩
石样品中所发现的液体包容物是由微生物产生的。这是证明“产烷生物”存在的最古老
的证据，超过以前的地化证据约7亿年。该结果代表着在地质记录中所发现的最早的微
生物过程之一，它表明，“产烷生物”在调控远古地球上的气候中可能曾扮演过一个角
色。（Letter p. 516; News and Views）


亚马逊热带雨林的保护问题（Amazonia: Choose it or lose it）
Modelling conservation in the Amazon basin
随着牛群和大豆种植面积的扩大，亚马逊流域的森林砍伐还在继续。当地的主要森林保
护政策涉及到“保护区”，即国家政府指定的、不许人类扰动、让自然植被发展的区
域。但仅有这一政策，也许不能保护当地的热带雨林被彻底破坏。利用SimAmazionia 1
计算机模型对森林面积减少所做的新的估计显示，到2050年，农业发展将使5大流域和
10大生态区的森林覆盖面积减少2/3。所研究的4个哺乳动物物种中其中1个将失去其森
林生境的40%。虽然改善的保护区网络将使预计要丢失的森林中近1/3避免丢失，但要保
持亚马逊地区的景观和水域，私人土地上的森林保护将是非常重要的。（Letter p.
520; nature.com/podcast）


植物物种是否存在？（The case for plant species）
The nature of plant species
一些植物学家认为，植物物种并不真的存在，它们只是人类的想象。橡树、黑莓和蒲公
英等植物之间广泛杂交这样的植物“恐怖故事”更使人们相信，所谓存在一个一个的、
彼此不相关的物种的观点根本就是胡说八道。动物学家大体上对动物物种的概念还是满
意的。现在，通过对超过400个属的植物和动物的表现型和/或生殖特点进行分析，研究
人员验证了关于物种的观点。结果表明，对物种进行分类中所存在的困难，其原因更多
的可能是由于无性生殖、多倍体（多个染色体集）和分类学家分类过细，而不是由于截
然不同的、有性生殖的物种之间的杂交。事实上，植物物种比动物物种更有可能代表在
生殖上具有独立性的种系。（Letter p. 524）


“阿尔茨海默氏症”的病理研究（PIN NUMBER）
The prolyl isomerase Pin1 regulates amyloid precursor protein processing and
amyloid-  production
“阿尔茨海默氏症”的病理特点是，存在由淀粉质贝塔-肽组成的斑块和由tau-蛋白组
成的神经原纤维团块。脯氨酸异构酶已知能恢复有缺陷tau-蛋白的功能，现在研究人员
发现Pin1是蛋白团块与淀粉质斑块病理之间的一个可能的联系。新的研究工作表明，淀
粉质前体蛋白是Pin1的一个目标（这为了解该疾病的病理过程提供了线索），也是将来
可能问世的新药的一个可能的来源。（Letter p. 528）


稻瘟病真菌病原体的入侵机制（Blast damage）
A P-type ATPase required for rice blast disease and induction of host
resistance
近年来关于植物病害的研究表明，细菌病原体利用专门的分泌系统来将蛋白质直接输送
进植物细胞中，并在此抑制植物防卫体系，帮助组织入侵。现在，研究人员在真菌病原
体 Magnaporthe grisea（稻瘟病致病原因）中发现了一个类似的机制。该真菌产生一
种ATP酶，它是入侵植物组织所必需的，是氨基磷脂转位酶家族中的一员，有可能调控
对真菌病原体来说重要的膜特点，对于与感染相关的形态形成和与毒性相关的蛋白的有
效输送都是这样。稻瘟病是一种重要植物病害，急需控制策略，所以感染过程中所涉及
的蛋白作为可能的杀菌目标会让研究人员感兴趣。（Letter p. 535）


有丝分裂中染色体运动的机制（Hang on in there）
The Dam1 kinetochore ring complex moves processively on depolymerizing
microtubule ends
有丝分裂研究中一个长期存在的未解之谜是在细胞分裂后期将染色体运输到核纺锤体杆
上的机制问题。染色体似乎是通过粘附在着丝点微管聚合物上到达其目标的，尽管它们
在那时会分解。现在，实时荧光显微镜被用来生成影片和电子显微图片，后者可以反映
这一过程是怎样进行的。微管聚合物通过一个构象变化来分解，该构象变化推动Dam1环
状复合物（芽殖酵母着丝点中的一个重要微管结合元素）沿其晶格运动。这一巧妙的机
制可能是由微管解聚作用所产生的力转化为有丝分裂所特有的染色体运动的关键。
（Letter p. 565）