6月24日《自然》杂志精选

2010-6-25 09:02 来源: 科学时报
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封面故事:
 
具有高唤回效率的量子记忆体

  存取由光脉冲传输的量子信息的能力对于量子通信网络的建设必不可少。以前报道的量子记忆体(以原子蒸气为存储媒介)的唤回效率不到17%。现在Morgan Hedges及其同事介绍了一种低噪音固态量子记忆体,在其中,信息存储在一个“原硅酸钇”晶体中的镨离子的光跃迁中,唤回效率高达69%。在光强度低时,这种量子记忆体的表现超过经典记忆装置。如果对所采用材料的光学性能作一些改进,这样的记忆体也许可用于实用的量子信息应用中。

“DNA聚合酶η”的结构
 
被确定

  紫外线的穿透辐射诱导皮肤细胞中的DNA病灶,它们会阻止DNA复制和引起能发展成癌症的突变。身体应对这种损伤的一种方式涉及专门化的DNA聚合酶,以此来绕过这样的病灶。“DNA聚合酶η”(Polη)通过复制含有胸腺嘧啶二聚物的DNA来做这件事,而这种酶的失活导致被称为“着色性干皮病”的皮肤病的一个变种和皮肤癌的高发病率。现在,两个小组确定了Polη的晶体结构。这些结构(一个是酵母酶的结构,一个是人体酶的催化区域的结构)显示了尺寸较大的胸腺嘧啶二聚物在一个异常大的活性点上是怎样被容纳的,以及病灶是怎样通过在其他聚合酶中不存在的相互作用来稳定的。“着色性干皮病”患者的“错义突变”被发现会破坏聚合酶在正常B形式中维持受损DNA的能力。

“热木星”HD 209458b的质量
 
被确定

  大多数已知太阳系外星球是用“径向速度法”发现的,即测量它们沿轨道运行的伴星在主星中所诱导的“摆动”。如果行星的轨道速度也可以被确定,那么就有可能在不需要作进一步假设或不需要依靠模型的情况下来计算恒星及其太阳系外行星的质量。现在,这一点对于被研究得非常透彻的“热木星”HD 209458b已经做到了,所依据的是对一氧化碳分子吸收线的变化“多普勒偏移”的光谱测量结果,而这些分子吸收线是在该行星经过其主星与地球之间时观测到的。主星(恒星)和行星的质量分别为1.00±0.22太阳质量和0.64±0.09木星质量。结果还显示,作为一氧化碳信号相对于主星速度的“蓝移”,有一股强风从该行星有光照的白天一边的高纬度处向其无光照的夜晚一边流动。

硅中杂质原子的
 
量子操纵

  当一个原子被激发到一种“Rydberg”状态时,其电子波动函数可以从不到0.1纳米延伸到几个纳米或更多。这个过程可被用来诱导和相干控制两个相距足够远、在其正常状态下不会发生相互作用的两个原子之间的相互作用。Thornton Greenland及其同事利用这一现象实现了与以前利用激光冷却束缚的原子所做到的结果可以相比的量子操纵,但却是在固体状态、在硅中的磷杂质(掺杂)原子上。该方法有可能经过改造来控制少量在已知位置上的、可独立寻址的杂质原子,如量子逻辑门的实施所要求的那样。

捕食模式随猎物
 
丰富程度的变化

  在一个食物来源不集中、不可预测的生境中找到食物的最好方式是什么?理论表明,觅食的生物应采取一种“Lévy-flight”搜索策略,它是“随机行走”的一个变异形式,在这种形式的行走中,短距离的探索性蹦蹦跳跳与偶尔较长距离的行走相间。但当捕食者发现它们自己周围有丰足的食物时,简单的不规则运动或“布朗”运动就应当足够了。事实证明,野生动物中有关真正的“Lévy-flight”式觅食的明显证据难以获得,但是现在,对包括鲨鱼、大马林鱼(枪鱼)和金枪鱼在内的14个海洋捕食者物种构成的一个大型数据集所做的一项分析证明了这一点。电子标记显示,当在生产力较低、猎物稀少的水域游动时,鱼类采取Lévy行为;而在生产力较高的生活环境中时,它们则采用“布朗”运动方式。

一个神经控制中心

  位于每个神经纤维根部的“轴突起始段”(AIS,在这里,成簇的钠通道产生动作势,后者随后沿轴突传播),是从事神经可激发性之性质研究的神经科学家的关注焦点。作为一个神经脉冲的来源,它似乎是调控神经活动的一个逻辑点。本期Nature上两篇论文证实,AIS是一个内在的神经弹性来源。Matthew Grubb和Juan Burrone发现,电活动可逆地改变AIS在培养的海马神经元中的位置。他们提出,由此所导致的内在可激发性的增加在发育过程中可能会微调神经可激发性,同时也为癫痫的控制指出了潜在目标。Hiroshi Kuba、Yuki Oichi和Harunori Ohmori发现,在消除了声音刺激的鸟听觉神经元中,AIS的尺寸增加。同样,内在可激发性会增加,并且可能有助于听觉通道的维持。这样的神经弹性也许可补偿某些形式的失聪。

植物茎干细胞的控制

  植物在其顶端分生组织中不断保持着干细胞,植物的茎系统和根系统就是从顶端分生组织产生的。在经典植物模型拟南芥中,茎顶端分生组织中的干细胞命运由植物生长素和细胞分裂素等激素来控制。现在,对这些激素之间的交流所作的一项研究表明,两个A-型“拟南芥响应调控因子”基因对细胞分裂素和植物生长素信号进行集成,并将这些输入与茎顶端分生组织中的核心调控机制联系起来。这项工作为植物生长素和细胞分裂素在设置茎干细胞小生境中的协同活动提出了一个机制性框架,并且突显了根和茎干细胞系统在对植物激素响应方面的差别。