《Nature》雜誌12月最受關注的十篇論文

英國著名雜誌《Nature》周刊是世界上最早的國際性科技期刊，自從1869年創刊以來，始終如一地報道和評論全球科技領域裡最重要的突破。其辦刊宗旨是「將科學發現的重要結果介紹給公眾，讓公眾儘早知道全世界自然知識的每一分支中取得的所有進展」。近期《Nature》下載論文最多的十篇文章（2016年11月7日 ～ 2016年12月7日）：

舊牙換新牙

Nature 539 (2016年11月10日)

兒童的乳牙掉落時，掉下來的是牙冠，牙根則被吸收。在研究一具硬骨魚Andreolepis hedei的化石的牙齒替換時，Per Ahlberg及同事發現牙根吸收似乎是所有硬骨魚類替換牙齒的原始模式。人類是硬骨魚類經過高度分化的後代，而這具有4.24億年歷史的硬骨魚Andreolepis hedei與所有硬骨魚的祖先相當接近。Andreolepis通過牙根吸收換牙是這一現象的最早證據，牙根吸收或許也是原始硬骨魚類替換牙齒的方式。

大麻對神經系統的影響

Nature 539 (2016年11月17日)

大麻合法化已成為美國的一大熱議話題，據最新報告顯示，目前在歐洲尋求專業毒癮治療的人群中，大麻已取代海洛因成為這一人群最常用的非法藥物。但是，關於四氫大麻酚（THC，大麻中的神經活性物質）如何影響神經網路（如多巴胺驅動的獎勵系統），科學文獻有著顯著不同的論述。在本期《自然》中，Michael Bloomfield等人將會對臨床研究和動物研究之間相互衝突的證據展開評論，他們總結，攝入THC會對多巴胺系統產生潛在的長期複雜影響，包括大量攝入THC造成的神經放電和多巴胺釋放增多，以及與長期使用相關聯的多巴胺能鈍化。他們認為，人類和動物模型中，大麻誘導的多巴胺系統變化與行為效果之間的關係應成為未來研究的重點。

控制睡眠模式的基因

雖然調控晝夜節律的分子路徑已得到廣泛研究和分類，但是人們對於控制和驅動睡眠平衡的分子機制所知甚少。船戶弘正等人使用正向遺傳篩選方法，識別出了兩種影響睡眠/覺醒平衡的基因突變。Sik3蛋白激酶對總覺醒時間起著至關重要的決定性作用，而陽離子通道NALCN的突變則會影響快速眼動睡眠的片段長度和總長度。

使用電鏡在原子級別創造材料

Nature 539 (2016年11月24日)

隨著掃描透射電子顯微鏡 (STEM) 技術的進步，人們即將實現在原子級別、從零開始創造材料。在本周《自然》的一篇評論文章中，Sergei Kalinin、Albina Borisevich和 Stephen Jesse提出了一種應對該挑戰的方法。這種方法要求讓電子束穿過樣本，以揭示其晶體結構。電子束可能會改變原子的位置，這在常規結構鑒定中是一種缺點，但如果想移動原子，這個缺點就會變為優點。不過，這種技術若要取得成功，必須實現對電子束的完全控制。封面：XVIVO Scientific Animation。

石墨烯用作潤滑劑的效果

石墨和其他薄層材料被用作大型金屬滑動元件和高壓觸點的乾性潤滑劑，但單層石墨烯用作潤滑劑的效果又如何呢？李巨及同事研究了納米尺度微尖在懸空和有支撐的石墨烯系統上滑動的粘-滑運動。他們的模擬表明，原子尺度接觸點的數量（實際接觸面積）會隨時間增加，石墨烯與表面的公度性也會發生變化。換句話說，碳原子被越來越牢固地固定在基層，與此同時，被固定的原子粘-滑運動同步性增大，這是直接由石墨烯柔性產生的結果。隨著石墨烯層數的增加，接觸層的柔性也隨之降低，從而導致摩擦強化減弱。這一效應可通過提前使石墨烯接觸層起皺來調節。

脂肪必須「裡應外合」

Nature 539 (2016年11月10日)

膳食脂肪會加重慢性炎症和胰島素抵抗，這一過程涉及脂肪組織的巨噬細胞招募。本研究表明，巨噬細胞脂肪酸合酶 (FAS) 對飲食誘導的炎症是不可或缺的。去除巨噬細胞中的FAS會改變巨噬細胞的膜秩序和組成，削弱細胞黏附、細胞遷移和細胞活化所需的血漿細胞膜膽固醇留存和Rho GTPase轉運。因此，去除FAS能在小鼠中防止脂肪組織的巨噬細胞招募、慢性炎症和飲食誘導的胰島素抵抗。

移植胚胎神經元融入成體新皮層迴路

本期封面所示為互連神經元在細胞解析度下的藝術再現圖。在哺乳動物成體的大腦新皮層中，神經再生極度受限。因此，修復大腦損傷的一種可能的策略是利用移植胚胎神經元。然而，人們尚不清楚這些神經元能否繼續發育並融入成體的已有迴路中。本期《自然》發表的一項研究採用雙光子顯微術和單突觸追蹤方法，表明移植入成年小鼠視覺皮層的胚胎神經元可在四到八周內成熟並得到類似成體的屬性，可以接收適當的輸入並建立感覺刺激選擇性反應。因此，移植神經元能以極強的特異性融入成體大腦內一般不接受新神經元的新皮層迴路中。封面：Ara Hacobian。

表面自旋-軌道耦合效應

過去十年來，原子級精準界面與表面的製造建模工藝取得長足進步，由此促成了許多電子效應的發現，這些效應對於開發擁有新穎功能的實用設備具有重要意義。Christos Panagopoulos及同事以自旋-軌道耦合（電子自旋和電荷自由度之間的基本相互作用）的作用為重點，評述了這些效應和它們的技術潛力。自旋-軌道耦合可以影響降維材料的性能。作者探討了相關基本原理，以便理解和設計基於自旋-軌道耦合的界面與表面。例如，拓撲絕緣體內可生成或轉換自旋電流，而磁層利用自旋-軌道耦合可產生可控的自旋結構，因此能夠以它們為基礎來進行結構設計。

植物病原菌的致病機制

在農田和自然生態系統中，高濕度對許多植物疾病的發生都有著深遠的影響，但人們尚未理解這種濕度效應的分子基礎。何勝陽及同事表明，假單胞桿菌（Pseudomonas syringae）等植物病原體能通過分泌細菌保留因子，以濕度依賴的方式積極驅動水樣葉質外體（即細胞壁和細胞間隙等組成的系統）的形成。這些效應因子還會造成葉際微生物的改變。這是植物被細菌感染的重要一步，這一過程中涉及的效應因子僅在高濕度下能夠將非致病性菌株轉化為致病病原體。通過細緻的遺傳學研究，作者將免疫抑制和水樣質外體的形成定義為細菌導致植物葉子發病所需的最基本的宿主過程。

骨織素或是靈長類大腦發育因子

人們在研究驅動大腦發育的基因表達網路時，一般都集中在小鼠身上，而對其他動物群體，尤其是大腦皮層已有擴展的靈長類動物的表達網路與小鼠模型有何不同所知較少。Michael Greenberg及同事發現，小鼠中的非神經性分泌因子骨織素在演化過程中，或許被重新定位為了靈長類動物的神經發育基因。骨織素在人類和獼猴的新皮層中特異表達；在小鼠中，它在骨骼和肌肉組織中富集，但並未出現在大腦中。