10月25日《自然》杂志精选

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10月25日《自然》杂志精选

2007.10.26

封面故事：

固体中电子运动的时间差别

电子在固体中能以非常高的速度运动，能在几十至几百阿秒（1阿秒=10-18秒）内穿过原子层及界面。这些非常短的运动时间最终将限制未来电子装置的运行速度。现在，物理学家对这种动态电子进行了实时实验探索。本期封面所示为，在一种固体中第一次进行的阿秒光谱测量工作，显示了在一个钨晶体中进行光激发之后两种不同类型的电子在运动时间上有110阿秒的差别。对固体中相距仅几个原子距离的电子的运动进行时间测定的能力，使我们有可能对以极限速度发生的固体中电子的运动过程进行研究，从而帮助推进如计算、数据存储和光伏发电等技术，这些技术都依赖于对在越来越小的固体物质结构中电子传输进行极为精确的控制。

结肠癌干细胞的标记

小肠和结肠壁上的细胞在整个生命中能迅速再生。虽然它们是所有干细胞中功能最明确的细胞之一，但分离出纯粹或高度富集的小肠上皮干细胞群一直是一个难以实现的目标。现在，这个目标已经实现。Lgr5基因（Wnt细胞信号系统）已经被确定为几种成年组织和癌症中干细胞的一个独特标记。Lgr5最初是在结肠癌细胞中发现的，现在在恶化前的小鼠腺瘤中也发现了，这说明Lgr5也许是结肠癌干细胞的一个标记。

土星A-环中新发现８个推进器形状的扰动

土星的A-环中观测到４个推进器形状的扰动（2004年由“卡西尼”拍摄），这是在该环中存在小型顽石大小的嵌入式卫星的证据。过去科学家认为，该环中的这种卫星将不止４个。实际上的确更多：科学家在后来的一组“卡西尼”图片中又发现了８个新的推进器形状的特征，这组图片覆盖了整个Ａ-环。引起这些扰动的小卫星半径在30米到70米之间，可能是一颗较大的嵌入式卫星分解后形成的，后者曾经在这个位置绕土星的A-环运行。

超固体氦热力学特征的新证据

2004年，科学家在实验中明显观测到超固体氦的存在，这在物理学界引起很大反响，也在物理学界外引起人们的好奇。但预计将伴随这种转变出现的热力学特征却没有被发现。现在，科学家提出了关于这一问题的新证据。这种现象与当液体氦进入超流体状态时所表现出的现象有相似之处，是在当固体的一部分要与周围晶格的运动解除耦合时出现的。新的实验显示了一个热容峰值，它的出现时间与物质解除耦合的开始时间巧合，这表明在氦-4的正常固体相与超固体相之间存在一个真正的相变。

用于分析生物分子的全新质谱方法

质谱在检测生物分子方面有很大潜力，但现有方法存在几个缺陷，包括缺少所需的灵敏度和需要基质分子促使分析对象发生离子化等。一种利用激光或离子束来从纳米尺度的小囊中气化材料的全新方法有可能克服这些局限性。该方法涉及一种特制的表面，它含有“启动分子”，这些“启动分子”在受到激光或离子束照射时会猛烈爆发，这种爆发释放出离子化的分析物分子被吸收到表面上，使其能被检测到。被称为纳米结构启动质谱（NIMS）的这一方法，能以极高的灵敏度分析非常小的区域，从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析，甚至能用于组织成像。

异常3He/4He比得到解释

地球含有两种氦同位素：一种是原始的3He，它是在地球形成过程中进入地球的；另一种是4He，主要是在地球漫长的历史中由铀和钍衰变产生的。从夏威夷等热点地区喷发出的岩浆具有相对较高的3He/4He比，因此有人提出，它们来自一个没有发生过气体溢出、原始的地幔库。然而与此矛盾的是，在热点岩浆中所观测到的总氦浓度要比预料的低很多。这使得关于地球地幔结构和动态的传统观点受到质疑。现在，Helge Gonnermann和Sujoy Mukhopadhyay发现，这一明显的“矛盾”可以用稀有气体扩散进来自喷发的熔岩的气泡中的不同速度来解释。结果证实，认为存在一个原始地幔库的观点的确可能解释在这样的热点岩浆中观测到的异常3He/4He比。

原肠胚形成过程的实验观测

原肠胚形成是胚胎形成中的一个关键事件。控制羊膜动物中原肠胚形成运动的机制不是很清楚，并且经常是从关于其他物种的研究来推断的。现在，Voiculescu等人报告了对在原肠胚形成过程中活鸡胚胎中各种细胞运动的首次时差分析（time-lapse analysis）。多光子时差显微镜分析显示了与在鱼类和两栖类中所描述的运动不同的运动，这对脊椎动物胚胎学研究及原肠胚形成的演化研究有重要意义。尤其是，这项工作显示了一个原肠胚形成之前的早期插入事件，它可能是回答关于羊膜动物原始条纹是怎样从远古胚孔演化而来这样一个经典问题的关键。