世界一流科技期刊文章精选

2019-07-19 06:10:22 科学中国人·上半月2019年5期

《自然》发布 “2018年度十大人物”

Nature封面:数字10。Nature杂志第7736期封面文章报道了《自然》杂志2018年遴选出的10位对科学界产生重大影响的人士,囊括了一些重要的科学事件,从超导态发现到饱受批评的人类基因编辑。这10位人士是:石墨烯科学家曹原,洞察人类的古遗传学家Viviane Slon,CRISPR编辑基因的妄为者贺建奎,多样性大使Jess Wade,地球监测员Valérie Masson-Delmotte,星图绘制者Anthony Brown,马来西亚环保斗士杨美盈,DNA名侦探Barbara Rae-Venter,开放获取的首领Robert-Jan Smits,小行星猎手吉川真。

通过铁催化sp3 C–H官能化实现碳碳键的酶效应组装

Nature封面:非生物反应。Nature杂志第7737期封面文章报道了通过催化使碳碳键取代碳氢键。科学家发现细胞色素P450酶在进化后,可以在细菌中有效进行这种转化。这些酶的铁—血红素酶能催化卡宾插入sp3杂化碳氢键,产生具有高对映选择性的烷基化产物。这一研究结果表明铁可以用于实现这种难度较大的反应,并有望取代之前用来催化这一官能化反应的低丰度元素,如铑和铱。虽然卡宾碳氢插入并不存在于天然的化学反应库中,但细菌中产生的酶在进化后也能实现这类非天然的生物反应。

从黑洞暂现源的冕收缩看黑洞演化

Nature封面:一个黑洞已经开始吸积邻近恒星物质的艺术想象图。Nature杂志第7738期封面文章通过观测一个新发现的黑洞暂现源,并利用国际空间站上的仪器追踪其演化。他们发现在黑洞从硬辐射变为软辐射的过程中,冕发生了收缩,但吸积盘的内缘位置没有发生变化。恒星质量黑洞的吸积流特性会在几天到几个月的时间尺度上发生变化。当黑洞在吸积物质后“启动”时,它具有硬(高能)X射线谱——由其吸积盘(黄色)上方的热冕(蓝色)产生,之后再变为软(低能)X射线谱——由吸积盘的辐射主导。

干群羊膜动物运动逆向工程重建

Nature封面:OroBOT与Orobates pabsti重建的图片合成。Nature杂志第7739期封面文章报道了对羊膜动物Orobates pabsti曾经可能的移动方式进行了逆向工程重建,选择这一物种是因为其保留有完整化石及包含其足迹的化石行迹。科学家先将化石和行迹数字化,用于运动学和动力学模拟,从而进行可信的步态识别。随后又建立了一个Orobates的机器人模型加以验证。结果显示,Orobates的运动比之前假定的早期四足动物运动方式更高级——更直立、平衡性更好、更节省机械能量,这说明高级运动可能在羊膜动物辐射演化之前就发生了。

体型类似大象且拥有直立四肢的晚三叠世单孔亚纲动物

Science封面:利索维斯兽(Lisowicia)。Science杂志第6422期封面文章报道了利索维斯兽的研究进展。波兰晚三叠世的伯氏利索维斯兽(Lisowicia bojani)是最年轻的二齿兽化石记录,也是体型最大的三叠纪非恐龙陆生四足动物。利索维斯兽可能发育适于奔跑的直立四肢。生长停滞线缺失和皮质骨的高度重塑表明其终生快速生长。与恐龙一样,干群哺乳动物在三叠纪演化出了巨大的体型,直到始新世末期哺乳动物才再次达到这种体型。利索维斯兽相当巨大,它的体长可达4.5米,高2.6米,体重9吨。

白蚁减轻了热带雨林干旱的影响

Science封面:白蚁。Science杂志第6423期封面文章报道了一个中外联合研究小组的成果,在干旱时期,白蚁能帮助藤蔓幼苗的存活率提高,它们对维持干旱中长期的生态系统功能发挥了重要作用。大多数人认为白蚁是一种可以破坏家园和庄稼的害虫。但是,数据证实白蚁对缓解热带雨林干旱的负面影响至关重要,例如在干旱期间保持土壤湿度和养分。白蚁类已知是生态系统中某些最重要的策划者。它们能通过分解林地的有机物、木头和落叶,混合与维护土壤养分及调控湿度来改变土壤性质,这些都是维持雨林生态系统的关键因素。

拥有分子对比度和纳米级分辨率的皮质柱和全脑成像

Science封面:纳米级成像。Science杂志第6424期封面文章报道了可对多个标本进行全脑比较甚至密集神经支配的神经回路成像,具有25纳米分辨率和更高蛋白质特异性对比度。光学技术和电子显微镜在理解大脑的复杂性特定领域各有利弊。研究者结合扩展显微技术和晶格层光显微技术描绘小鼠皮层或整个果蝇大脑中蛋白质之间的纳米级空间分布,包括神经元突触蛋白、轴突髓鞘化和多巴胺能神经元突触前密度,使得神经发育、两性异形、成见度及与行为或神经活动的结构相关性等大规模统计学研究得以实现。

2018年夏威夷基拉韦厄火山喷发和山顶崩塌

Science封面:基拉韦厄火山喷发。Science杂志第6425期封面新闻报道了2018年夏威夷基拉韦厄火山喷发和山顶崩塌的情况。Kilauea Volcano基拉韦厄火山位于美国夏威夷岛东南部,是世界上活动力旺盛的活火山。2018年,基拉韦厄火山经历了至少200年来最大的东部裂谷地区(LERZ)火山喷发和火山口破裂。4月30日,Pu‘u‘?‘ō 火山口崩塌后,巖浆肆虐。5月3日,裂缝扩大6.8公里。5月4日的一次地震(6.9级)产生了约5米的断层滑动。熔岩爆发的速度超过每秒100立方米,最终覆盖35.5平方公里。

华南早寒武世布尔吉斯页岩型化石库——清江生物群

西北大学早期生命与环境创新研究团队张兴亮、傅东静等人的最新研究成果《华南早寒武世布尔吉斯页岩型化石库——清江生物群》,首次在国际上公布了该团队在中国宜昌长阳地区清江与丹江河的交汇处,发现了距今5.18亿年的寒武纪特异埋藏软躯体化石库,并命名为“清江生物群”。这是进化古生物学界的又一突破性发现。研究成果发表于Science。此次发现的清江生物群,在4351件化石标本中,已分类鉴定出109个属,其中53%为此前从未有过记录的全新属种。生物统计学“稀疏度曲线”分析显示,清江生物群的物种多样性将有望超过包含布尔吉斯和澄江在内的全球已知所有寒武纪软躯体化石库。

澄江生物群发现环节动物门原始祖先

西北大学早期生命研究团队韩健研究员等人与英国剑桥大学合作,将中国发现寒武纪早期具骨片的多毛类的相关成果发表于Scientific Reports。韩健等在云南澄江生物群中发现了两个已知最古老多毛类新属种——古扇虫和中华隐刚毛虫。其中古扇虫应该是目前已知多毛类化石中保存最为原始特征的环节动物。环节动物是分节较为简单、原始的门类。该门类主要包括体表刚毛众多的多毛类(如沙蚕)和刚毛稀少甚至完全退化的寡毛类(如蚯蚓)及蛭类三大类群。寡毛类和蛭类多生活在陆地或淡水,而更为原始的多毛类则主要生活于海洋。现代海洋中的沙蚕具有成对细长的疣足和束状刚毛,疣足内部具有支撑其运动的足刺。

棕榈化石揭示了年轻的青藏高原

中国科学院西双版纳热带植物园古生态研究组苏涛研究员、周浙昆研究员领导的研究团队对产自青藏高原中部,距今约2500万年的大型棕榈叶片化石开展了相关研究,为青藏高原抬升历史提供了新的证据。研究论文发表于Science Advances。科研人员在藏北伦坡拉盆地采集到了这一珍贵的叶片化石标本,整个标本长度达到1米,叶脉清晰可见。结合现在棕榈科植物分布区分析了制約棕榈科生长的最冷月均温等关键气候要素,利用古气候模型模拟了13种不同的地形地貌情景,表明在2500万年前,生活在西藏中部的棕榈,分布的海拔高度不超过2300米,生活的地形地貌极有可能是一种东西向的峡谷,峡谷两侧为海拔4000米左右的高山。

植物“登陆”的新机理

浙江大学农业与生物技术学院张国平教授团队的陈仲华教授课题组,与来自澳大利亚、美国、英国、以色列、加拿大和德国的27位科研人员联合攻关,提出并验证了关于植物如何在4.5亿年前由水生向陆生过渡的新理论,提出了叶绿体逆行信号通路SAL1-PAP的起源和进化的新观点。该发现加深了对植物耐旱性进化及适应气候变化的理解,对作物耐旱育种和栽培提供了新思路。研究论文发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。植物生长的过程中,质体基因组和细胞核基因组相互协调维持生物体的发育和功能,文中相关分析和实验结果表明这种分子机制起源于链型绿藻,之后保留在大部分的陆地植物中。

首次发现体内保存蛋壳的中生代鸟类化石

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所周忠和、邹晶梅、巴约勒团队报道了世界范围内首个腹腔内含有蛋壳的灭绝鸟类——反鸟类化石,为研究古鸟类的生殖繁育提供了新的信息,进而为探知早期鸟类的演化历程提供了新的证据。研究成果发表于Nature Communications。该标本发现于中国甘肃玉门市,距今1.1亿年的早白垩世下沟组的湖相沉积物中,是一个全新的属种,被命名为施氏慈母鸟。蛋壳最外层的蛋皮膜由小球粒状的矿物质构成,这种致密的球形矿物颗粒组成的蛋膜,常出现在将鸟巢筑在靠近潮湿环境中的现生鸟类中(如鹌鹑、鸭子,火烈鸟等),这种结构可以隔绝潮湿空气,从而避免相应的感染问题。

世界上最早的铰齿鱼类新属种:优美玉带鱼

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐光辉研究团队在我国云南罗平发现了两亿四千万年前一种新的铰齿鱼类,命名为优美玉带鱼,并将其归入拱鱼目腊山鱼科。优美玉带鱼代表了世界上最早的铰齿鱼类化石记录之一,它的发现为了解全骨鱼类的早期演化和铰齿鱼类的起源提供了新的化石证据。研究论文发表于《古脊椎动物学报》。玉带鱼属名源于罗平白腊山下的玉带湖。“腊山玉带”是明代大旅行家、地理学家徐霞客在罗平览胜记录的著名景点之一。优美玉带鱼是中三叠世罗平生物群中新鳍鱼类的又一重要发现。云南中三叠世罗平生物群是世界上生物多样性最高的三叠纪海生化石库之一。

缅甸琥珀揭示甲虫高度特化的捕食行为

中国科学院南京地质古生物研究所蔡晨阳研究团队通过对缅甸琥珀中大量的隐翅虫化石进行系统研究,发现了两种突眼隐翅虫化石。它们罕见地保存了高度特化的捕食器官,揭示了突眼隐翅虫捕食行为的早期演化,有助于理解现代的突眼隐翅虫亚科内各个属的系统关系和捕食行为的起源。该研究发表于Current Biology。突眼隐翅虫属和澳洲属都具有极其独特的由下唇特化而来的可伸缩的捕食器官,并以此捕捉迅速逃跑的猎物,如跳虫。其下唇靠血淋巴的压力快速伸出,利用末端带有黏液的肉垫黏住猎物,并将其拖进上颚范围内取食。下唇具有长距离、高速度及瞬间固定猎物的能力,在捕食效率上远远超过普通的上颚捕食方式。

湖南寒武系磷块岩中发现原位立体保存的六射海绵化石

中国科学院南京地质古生物研究所罗翠副研究员与德国哥廷根大学Joachim Reitner教授合作,发现湖南张家界附近牛蹄塘组底部纽芬兰统的硅质磷块岩中存在原位立体保存的六射海绵化石。研究论文发表于PalZ。这套磷块岩位于牛蹄塘组镍—钼富集层之下,推测其沉积时间不晚于寒武纪第二期。原位保存的海绵化石以结核的形式赋存于富碳的硅质磷块岩中,其围岩具有指示自生成因的层状、团块状隐晶质磷酸盐沉积结构,而缺乏机械搬运沉积颗粒。一些化石的骨架被完全包埋在隐晶质的磷酸盐沉积中;大部分化石的保存状态是骨针首先被等厚、具十字消光特征的隐晶质磷酸盐胶结物所包裹,剩余的骨架空间被更晚期的磷酸盐、石英和焦沥青所充填。

脑卒中关键机制

南京大学医学院附属鼓楼医院神经内科徐运教授团队在缺血性脑卒中后炎症与脑损伤关系研究中取得进展,研究论文发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。研究团队发现了一种内源性FASL信号,是调控双阴性细胞转“坏”的关键。进一步研究发现,双阴性T细胞发挥“坏”的功能,依赖其分泌的TNF-α诱导促炎型的小胶质细胞形成,并进一步揭示了PTPN2是抑制FASL信号诱导TNF-α产生的内源性负向调控分子,提出了缺血性脑损伤的新发病机制。基于此,徐运教授团队应用FASL阻断性单抗治疗卒中小鼠,显著促进了“保护型/抑炎型”小胶质细胞的形成,改善了缺血性脑损伤,为临床治疗提供了新的干预策略。

青光眼研究进展

中山大学中山眼科中心何明光教授团队和英国伦敦大学Paul Foster教授合作,开展激光虹膜周切术预防房角关闭——一项单中心随机对照临床试验研究,該成果发表于《柳叶刀》。该研究是为期6年的单中心临床随机对照试验。通过对广州市荔湾区50?70岁人群进行社区筛查,最终从11991名筛查对象中入选了889名临床试验受试者。所有受试者均达到预定的双眼可疑原发性房角关闭入选标准。对受试者双眼进行随机分组,其中一眼分配至激光虹膜周边切开,作为干预组,对侧眼不进行治疗,作为对照。研究结果提示,不应广泛使用预防性激光治疗。这个临床实践的改变,可能会减少没有必要的手术治疗,降低卫生资源的投入。

化疗联合细胞免疫治疗可改善晚期胃癌预后

首都医科大学附属北京世纪坛医院任军教授团队证实细胞免疫治疗联合化疗模式可显著提升晚期胃癌临床疗效,延长总体生存期,并揭示了循环肿瘤DNA(ctDNA)、T细胞受体(TCR)与预后显著相关。研究成果发表于Clinical Cancer Research。胃癌是我国最常见的消化系统恶性肿瘤之一,往往在患者确诊时就已处于晚期,丧失了手术机会,通常采用口服S-1联合顺铂进行化疗,但是化疗效果不理想,毒副反应强。因此探索新型治疗模式,延长晚期胃癌患者的生存时间,是须需解决的难题。而肿瘤的免疫治疗是目前国内外研究热点,也是未来肿瘤临床治疗方向。

耐药细菌感染治疗研究进展

复旦大学药学院王建新教授课题组和庞志清副教授课题组合作开发了一种新型的仿生红细胞膜融合脂质体,并进行了细菌毒素清除和耐药细菌感染治疗相关研究。研究论文发表于ACS NANO。细菌感染仍然是世界范围内的一类高发病率和高致死率的疾病,而耐药细菌尤其是“超级细菌”的出现给细菌感染治疗带来了更大挑战。成孔毒素是细菌感染的主要毒力因子,在细菌感染过程中协助病原菌的生长、侵袭和定殖。针对成孔毒素的抗毒力因子治疗策略可通过非直接杀灭病原菌避免细菌产生耐药,是耐药细菌感染治疗的重要方向。随着纳米技术的发展,采用纳米药物抗毒力因子治疗耐药细菌感染的研究受到持续关注。

食用野生红树莓可降低小鼠餐后血糖

浙江大学生物系统工程与食品科学学院陈卫教授课题组系统阐明了浆果花色苷抑制α-葡萄糖苷酶的构效机制,并从野生红树莓和草莓中分离鉴定出一种新型的天然来源的花色苷,即天竺葵素-3-O-芸香糖苷。通过实验证明Pg3R具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性,能有效降低小鼠餐后血糖。研究论文发表于Chemical Communications。α-葡萄糖苷酶是控制餐后血糖的主要靶酶之一。但是,使用目前市售的α-葡萄糖苷酶抑制剂(阿卡波糖、米格列醇和伏格列波糖)通常会引起胃肠道的不良反应。因此,从果蔬和食源性植物中筛选生物活性好且无毒副作用的α-葡萄糖苷酶抑制剂,对控制餐后血糖具有重要意义。

幽门螺杆菌有了优化根除疗法

陆军军医大学陆军特色医学中心消化内科副主任兰春慧团队研究了优化二联疗法根除幽门螺杆菌组方,首次证明与铋剂四联疗法相当。相关成果发表于《美国胃肠病杂志》。传统治疗幽门螺杆菌采用铋剂四联疗法,但由于四联疗法使用药物种类多、服用方法较复杂、副反应也较多。实验结果表明,实验组和对照组的根除率没有显著差异,优化二联疗法在幽门螺杆菌初治患者中的疗效等同于铋剂四联疗法,且副反应更小,成本更低。该临床研究也证实优化的二联疗法不受人体CYP2C19基因多态性和抗生素耐药的影响,因此,可推荐优化二联方案用于一线经验性治疗。

免疫调控肝血窦内皮细胞抑制肿瘤肝转移新策略

武汉光电国家研究中心张智红教授课题组开展蜂毒纳米颗粒免疫调控肝血窦内皮细胞抑制肿瘤肝转移的研究,研究成果发表于Nature Communications。研究发现,含有RKR多肽序列的蜂毒肽纳米颗粒(α-melittin-NP)可高效靶向LSEC并诱导其免疫激活。α-melittin-NP打破了LSEC介导的免疫耐受状态,招募NK和T细胞的肝脏浸润,进而促进NK细胞的分化成熟和T细胞激活,致使肝脏由免疫耐受状态转变为免疫激活状态,有效阻止多种肿瘤(黑色素瘤、乳腺癌、结肠癌)的实验性肝转移和乳腺癌自发性肝转移的发生。解决了LSEC高效靶向标记及特异性调控的难题,提出以LSEC为靶标调控肝脏免疫微环境的新方法。

用于治疗严重型哮喘的新型高效糖皮质激素配体的研究

中国科学院上海药物研究所徐华强课题组联合哈尔滨工业大学生命科学中心何元政课题组、美国克里夫兰临床中心布克珉(Booki Min)课题组和美国VanAndel研究所Karsten Melcher开展一种针对激素耐受型严重哮喘的新型高效糖皮质激素的研发。研究论文发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。哮喘是一种常见的呼吸系统疾病,全球约有8%?10%的患者。这项研究发现新型高效糖皮质激素配体在动物哮喘模型上10倍优于当前世界上临床上最有效的哮喘药物,并且首次在激素耐受型恶性哮喘的动物模型上实现了对激素抗性的扭转,为治疗致死率很高的恶性哮喘开拓了新思路。