Nature最新内容精选

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神经生物学专题：自闭症之谜

虽然诊断和研究经费不断增加，但是对人们来说自闭症仍然是一个巨大的谜题。本期杂志特别设立一个专题，介绍自闭症的相关研究进展，并对相关争议性热点话题进行讨论。人们对关于自闭症谱系的一切都很难理解。自闭症有着多样的表现形式，从很深的交流和行为问题到与正常语言甚至超常天赋相伴的社交困难。据统计，自闭症的发病率不断上升，但原因却不清楚，可能与遗传和环境因素的复合作用有关，而大多数这些因素也不为人所知。自闭症的根源在于人类大脑的发育，尽管神经生物学已取得了巨大飞跃，但其形成过程仍然是个谜，科学家们几乎不能提供确定的解释和治疗方法。科学家们的一些研究证明诊断条件的改变可以解释自闭症患病率上升的观点存在着问题，另一些研究也对在“患病谱”上的科学家和工程师的后代是自闭症的高风险人群的观点提出了挑战。与此同时，研究者们发现，尽管自闭症是一种明确的残疾，但是该病症的某些特性却可以成为从事科学研究的一个优势。值得庆幸的是，即使人们不能完全认识自闭症，研究却不断为自闭症患者提供更好的帮助。如果能够早期诊断，现在的疗法可以为自闭症儿童重新获得完整生活提供最大可能。

能定向运动的分子机器人

未来任何在纳米尺度工作的人工运输装置和机器人，都可能需要能够在一个表面上定向平移的分子。然而，即便是设计这样的分子也是一项让人望而生畏的任务，因为它们需要能利用光能、化学能或电能来以一种能够产生定向运动的方式调控其与该表面的互动。研究人员为我们展示了这样一个分子，它是通过将四个旋转的运动单元附着到一个中心轴上制成的。非弹性电子隧道效应诱导转子中产生构形变化，推动该分子穿过一个铜表面。通过改变各运动单元的旋转运动方向，这个自我推进的“四轮分子”结构便能沿随机的轨迹运动或优先沿线性轨迹运动。这种设计为探索更复杂的分子机械系统提供了一个起点，而且也许还能实现对它们的运动方向完全控制。

四轮分子的结构。内消旋异构体的结构（a），红色箭头表示运动单元转动方向；旋转运动单元的结构细节（b），双键（红色）作为旋转轴，在电激发的条件下发生顺反异构体间的转化；运动马达360o旋转的机制示意图（c）；实验过程的示意图（d）。

昆虫飞行肌肉的形成

飞虫的间接飞行肌肉的作用是，通过多达每秒1000次的振动来驱动昆虫的翅膀，并产生极端的机械力。这些极为专业化的肌肉含有纤丝状的、由伸展激发的肌纤维，这些肌纤维与昆虫身体其他地方的管状肌肉很不相同。对果蝇的肌肉形态发生所做的一项全基因组RNA干涉筛选研究，识别出转录因子Spaltmajor(Salm)是纤丝状飞行肌肉命运的一个主调控因子。在发育过程中，Salm通过调控基因转录和剪接，将肌肉的结构从管状切换为纤丝状。Spalt基因在演化时间相差2.8亿年的昆虫中得到了保持，而人类与spalt相似的基因SALL1所发生的突变引起Townes–Brocks综合症中的心脏异常这个事实表明，Spalt基因的功能也许还决定脊椎动物中纤丝状的、由伸展激发的肌肉。本期封面所示为一只丽蝇(Calliphorasp.)的飞行情况。

“木卫二”上的“混沌”区域

“伽利略”探测器在木星卫星“木卫二”上发现了几个“混沌”区域，那里的地表似乎被从下面破坏了，其中很多地方还有边缘锋利的冰块或冰筏，它们都被不同程度地翻转或转动过了。这些区域的一些特点一直难以解释，比如说这样一个事实：原始的ConamaraChaos就比其周围环境高，并且含有“矩阵圆顶”。科学家利用从地球冰川下火山和冰架内的相似过程学到的经验来对存档数据进行分析，结果表明，“混沌”是在浅到只有3公里深的冰架内的液态水“透镜”上形成的。他们获得的新数据表明，冰-水互动和冻析作用产生混沌地形的不同形态，说明参与这一过程的水要比人们以前所以为的更多，TheraMacula（一个大的混沌区域）的沉陷地形可能表明，“木卫二”正在积极地在一个“透镜”上重新露面，这个“透镜”的体积相当于北美的五大湖。本期封面所示为TheraMacula下面的湖泊，裂缝、冰山和矩阵正在其上面形成，并使其表面受到破坏。

地球液态外核缺氧的证据

地磁场、火山、地震、海啸等自然现象与地球深部物质尤其是地核物质的组成、状态、物理-化学行为密切相关。根据地球物理、宇宙化学和地球化学、高温高压实验研究等方面的研究成果，地球内部主要可分为地壳、地幔、地核三个组成部分。 由于无法直接取得地核样品，地核的化学成分一直是一个迷。目前对地核的认识主要来自地震波观测和高温高压实验模拟。通过地震波与高温高压实验密度参数比较，科学家们认为地核的密度要比纯铁的密度小10%左右,因此,地核中除了铁以外还存在其它比铁轻的元素，如硫、氧、硅、碳、氢等元素。北京大学地球与空间科学学院长江学者讲座教授、美国华盛顿卡耐基地球物理研究所费英伟教授与中国工程物理研究院流体物理研究所经福谦院士、中国科学院地球化学研究所谢洪森教授、中国空间技术研究院龚自正教授等人合作，对地球液态外核的化学成分做了深入的研究。在费教授的带领下，他们利用冲击波实验方法直接测试了在地核温-压条件下可能地核组成的密度和声速，研究结果表明，氧元素并不是地核中的主要轻元素。这是一个突破性的发现，地核内部缺氧的实验结果对探讨地球早期形成环境有深远的意义，它可能与地球早期成形时的还原环境有关。