Vol 353, Issue 6297

審校 史靜雯 鄧卓 趙維杰 譚坤

進(jìn)化·生態(tài)·地質(zhì)

Cospeciation of gut microbiota with hominids

原始人類與腸道菌群的協(xié)同種化

翻譯 陳肖

Andrew H. Moeller, Alejandro Caro-Quintero, Deus Mjungu, Alexander V. Georgiev, Elizabeth V. Lonsdorf,Martin N. Muller, Anne E. Pusey, Martine Peeters, Beatrice H. Hahn, Howard Ochman

http://science./content/353/6297/380

分布在人類腸道系統(tǒng)的細(xì)菌譜系的進(jìn)化起源是個(gè)未知的問(wèn)題。本研究表明，過(guò)去的1500萬(wàn)年中，腸道內(nèi)主要細(xì)菌種群的多個(gè)譜系來(lái)源于和人類、黑猩猩、倭黑猩猩以及大猩猩的協(xié)同種化。對(duì)原始人類腸道微生物群落的菌株多樣性分析揭示，類桿菌科和雙歧桿菌科的進(jìn)化分支被獨(dú)有地保留在經(jīng)過(guò)數(shù)十萬(wàn)代繁衍的宿主譜系中。這些協(xié)同種化的腸道細(xì)菌的分化時(shí)間與原始人類的分化時(shí)間一致，這表明在原始人類的進(jìn)化過(guò)程中，其細(xì)胞核、線粒體和腸道細(xì)菌的基因組協(xié)同多樣化。這項(xiàng)研究確認(rèn)了人類腸道細(xì)菌起源于和人類及非洲猿猴同時(shí)進(jìn)行種群進(jìn)化的古老共生體。

Reciprocal signaling in honeyguide-human mutualism

響蜜鴷與人類互利共生的互惠信號(hào)

（圖片來(lái)源：https://en./wiki/Honeyguide）

翻譯 劉小鷗

Claire N. Spottiswoode, Keith S. Begg, Colleen M. Begg

http://science./content/353/6297/387

黑喉響蜜鴷(Indicator indicator)指引采蜜人前往野生蜂巢，這是一例十分罕見(jiàn)的人類與獨(dú)立生存的野生動(dòng)物間互利的覓食合作關(guān)系。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，一種莫桑比克采蜜人發(fā)出的尋找蜂巢的特定聲音可以增強(qiáng)響蜜鴷的合作行為。相比于其它動(dòng)物或人類具有相似振幅的聲響，這種特殊聲音將響蜜鴷指引的概率從約33%增加至66%，并因此將發(fā)現(xiàn)蜂巢的總概率從17%增加至54%。這些結(jié)果為野生動(dòng)物在自然環(huán)境中自適應(yīng)地回應(yīng)人類合作信號(hào)提供了實(shí)驗(yàn)性的證據(jù)。

Connections between ground water flow and transpiration partitioning

地下徑流和蒸騰分配之間的聯(lián)系

Reed M. Maxwell1, Laura E. Condon

翻譯：趙維娜

http://science./content/353/6297/377

了解大陸尺度的淡水通量有助于我們更好地預(yù)測(cè)水文響應(yīng)和管理陸地水資源。進(jìn)入裸露土壤的蒸發(fā)和植物蒸發(fā)的蒸散分配依然是陸地水平衡中一個(gè)關(guān)鍵的不確定性。我們利用植被和陸地能源過(guò)程加上地表和地下水文學(xué)的集成水文模擬方法對(duì)大陸規(guī)模的蒸騰作用分配進(jìn)行研究。潛熱通量與分配都與地下水位深度有聯(lián)系，而當(dāng)模型中包括橫向地下水流動(dòng)時(shí)會(huì)使得蒸騰分配從47 ± 13%增加到62 ± 12%。這表明在地球系統(tǒng)模型中通常被簡(jiǎn)化或排除的橫向地下水流，能為全球陸地水通量的觀測(cè)和模型之間所缺失的連接提供一道橋梁。

細(xì)胞生物學(xué)

Mitochondrial endonuclease G mediatesbreakdown of paternal mitochondria upon fertilization

線粒體核酸內(nèi)切酶G在受精過(guò)程中介導(dǎo)父系線粒體的分解

翻譯 雷文茜

Qinghua Zhou, Haimin Li, Hanzeng Li, AkihisaNakagawa, Jason L. J. Lin, Eui-Seung Lee, Brian L. Harry, Riley RobertSkeen-Gaar, Yuji Suehiro, Donna William, Shohei Mitani, Hanna S. Yuan, Byung-HoKang, Ding Xue

http://science./content/353/6297/394

線粒體在多數(shù)動(dòng)物中屬于母系遺傳，但是選擇性父本線粒體消除（PME）的機(jī)制尚不明了。通過(guò)檢測(cè)受精過(guò)程中的秀麗隱桿線蟲(chóng)，我們觀測(cè)到父本線粒體在此過(guò)程中迅速失去了它們的內(nèi)膜完整性。一種被稱作CPS-6的核酸內(nèi)切酶G是對(duì)于PME至關(guān)重要的父系線粒體因子。我們發(fā)現(xiàn)CPS-6在受精后會(huì)從父本線粒體內(nèi)膜空間轉(zhuǎn)移到基質(zhì)并且降解線粒體DNA。這種酶與母本自噬體和蛋白酶體共同作用來(lái)促進(jìn)PME。cps-6基因的缺失可以延遲父本線粒體內(nèi)膜的瓦解、自噬體對(duì)父本線粒體外殼的分解，以及PME。PME的延遲可以引起胚胎死亡率的增加，這說(shuō)明PME對(duì)動(dòng)物的正常發(fā)育十分重要。因此，CPS-6在動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮了父系線粒體降解因子的功能。

相關(guān)評(píng)論（中文翻譯）請(qǐng)點(diǎn)擊這里

Cdk5 disruption attenuates tumor PD-L1 expression and promotes antitumorimmunity

Cdk5的擾亂會(huì)降低腫瘤PD-L1的表達(dá)并提高抗腫瘤免疫力

翻譯 苗潤(rùn)豐

R. Dixon Dorand,Joseph Nthale, Jay T. Myers, Deborah S. Barkauskas, Stefanie Avril1, Steven M.Chirieleison, Tej K. Pareek, Derek W. Abbott, Duncan S. Stearns, John J.Letterio, Alex Y. Huang, Agne Petrosiute

http://science./content/353/6297/399

癌癥細(xì)胞通常通過(guò)采用外周組織-耐受機(jī)制來(lái)逃避免疫監(jiān)督，例如表達(dá)細(xì)胞程序性死亡配體1（programmed cell death ligand 1 , PD-L1），抑制PD-L1可導(dǎo)致有效的抗腫瘤免疫。我們的研究結(jié)果顯示，一種在有絲分裂期后的神經(jīng)元和多種癌癥細(xì)胞中高活性的蘇氨酸蛋白激酶，細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶5（cyclin-dependent kinase 5, Cdk5)）使得成神經(jīng)管細(xì)胞瘤（medulloblastoma, MB）逃避免疫清除。MB中干擾素γ（Interferon-γ, IFN-γ）誘導(dǎo)的PD-L1表達(dá)上調(diào)需要Cdk5，而且在MB小鼠模型中擾亂Cdk5的表達(dá)能導(dǎo)致強(qiáng)有力的CD4+ T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤排斥。Cdk5缺失會(huì)導(dǎo)致PD-L1轉(zhuǎn)錄抑制因子，即干擾素調(diào)節(jié)因子IRF2 和IRF2BP2的持續(xù)表達(dá)，而它們的持續(xù)表達(dá)可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞PD-L1表達(dá)量的降低。我們的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了Cdk5在腫瘤細(xì)胞免疫檢查點(diǎn)調(diào)控中的重要作用。

神經(jīng)生物學(xué)

Competition between engrams influences fear memory formation and recall

記憶印跡之間的競(jìng)爭(zhēng)能影響恐懼記憶的形成和回想

翻譯 閆海洋

Asim J. Rashid, Chen Yan, Valentina Mercaldo, Hwa-Lin(Liz) Hsiang, Sungmo Park, Christina J. Cole, Antonietta De Cristofaro, JuliaYu, Charu Ramakrishnan, Soo Yeun Lee, Karl Deisseroth, Paul W. Frankland,Sheena A. Josselyn

http://science./content/353/6297/383

叫做記憶印跡的細(xì)胞集合被認(rèn)為用于呈現(xiàn)記憶。盡管在識(shí)別和操縱單一記憶印跡方面已近有了進(jìn)步，但對(duì)多種記憶印跡如何相互作用影響記憶的了解還比較少。在外側(cè)杏仁核（LA）中，在訓(xùn)練中有興奮性增強(qiáng)的神經(jīng)元會(huì)在分配記憶印跡時(shí)勝過(guò)與它們相鄰的細(xì)胞。我們細(xì)查這種基于神經(jīng)元的興奮性的競(jìng)爭(zhēng)也掌管記憶印跡之間的相互作用。小鼠接受到由不同間隔隔開(kāi)的兩種不同的恐懼條件反射事件。LA神經(jīng)元興奮性通過(guò)光遺傳學(xué)進(jìn)行操作，揭示了短暫的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程整合了緊密發(fā)生的事件的記憶（共同分配重疊的神經(jīng)元群體給兩個(gè)記憶印跡），并且分離了間隔時(shí)間較長(zhǎng)的事件的記憶（不共同分配不重疊的群體給每個(gè)記憶印跡）。

生物工程

Accurate design of megadalton-scale two-component icosahedral proteincomplexes

MDa級(jí)雙組分二十面體蛋白質(zhì)復(fù)合物的精確設(shè)計(jì)

翻譯 雷文茜

Jacob B. Bale, Shane Gonen, Yuxi Liu, William Sheffler, Daniel Ellis,Chantz Thomas, Duilio Cascio, Todd O. Yeates, Tamir Gonen, Neil P. King, DavidBaker

http://science./content/353/6297/389

自然提供了很多基于蛋白質(zhì)自組裝或共組裝的分子機(jī)器：例如在重要生物化學(xué)反應(yīng)中起到支架，催化和隔室作用的二十面體蛋白質(zhì)籠；以及包裹并保護(hù)病毒基因組，并且介導(dǎo)病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞過(guò)程的二十面體病毒衣殼。受到自然材料的啟發(fā)，我們完成了在分子量（1.8到2.8MDa）和尺寸（直徑24到40 nm）方面與小型病毒衣殼相差無(wú)幾的雙組分共組裝120亞單元二十面體蛋白質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。電子顯微鏡、小角激光X射線散射和X射線晶體學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示，10種設(shè)計(jì)生成了三種不同的二十面體架構(gòu)形式，組裝結(jié)果與計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一致。使用單獨(dú)純化得到的組分進(jìn)行二十面體復(fù)合物體外組裝時(shí)，組裝的速度非?？?，可以與病毒衣殼的組裝速度相比較，并且，通過(guò)電荷互補(bǔ)可以實(shí)現(xiàn)分子貨物的可控包裝。設(shè)計(jì)具有原子級(jí)精確度和可控組裝的MDa級(jí)結(jié)構(gòu)打開(kāi)了新一代基因可編程蛋白質(zhì)分子機(jī)器的大門。

Synthetic recombinase-based state machines in livingcells

活體細(xì)胞內(nèi)基于重組酶的人造狀態(tài)機(jī)

（圖片來(lái)源：http://science./content/353/6297/aad8559）

翻譯 劉小鷗

Nathaniel Roquet, Ava P. Soleimany, Alyssa C. Ferris,Scott Aaronson, Timothy K. Lu

http://science./content/353/6297/aad8559

狀態(tài)機(jī)是處理順序依賴信息的人造與自然計(jì)算系統(tǒng)背后復(fù)雜功能性的基礎(chǔ)。我們通過(guò)改變化學(xué)控制的DNA刪除與倒置操作在DNA序列中編碼狀態(tài)，開(kāi)發(fā)出了一種基于重組酶在活體細(xì)胞內(nèi)建立狀態(tài)機(jī)的體系。該技術(shù)使得狀態(tài)方便讀出（通過(guò)測(cè)序和/或聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)），并使基因表達(dá)的復(fù)雜調(diào)控成為可能。我們通過(guò)改造大腸桿菌（Escherichiacoli）中的狀態(tài)機(jī)驗(yàn)證了我們的體系，該狀態(tài)機(jī)利用一、二或三種化學(xué)輸入來(lái)控制達(dá)16種DNA態(tài)。這些狀態(tài)機(jī)能夠記錄所有輸入的時(shí)序，并完成基因表達(dá)的多端輸入、多路輸出控制。同時(shí)我們利用基于重組酶的狀態(tài)機(jī)，開(kāi)發(fā)出了一種基因調(diào)控程序自動(dòng)化設(shè)計(jì)的計(jì)算工具。我們可擴(kuò)展的體系應(yīng)該能夠?yàn)橛涗浥c研究復(fù)合事件與時(shí)間事件如何調(diào)控復(fù)雜細(xì)胞功能，以及編碼復(fù)雜細(xì)胞行為提供新的策略。

物理·材料

Observation of the Efimovian expansion in scale-invariant Fermi gases

標(biāo)度不變費(fèi)米氣體中的 Efimovian 膨脹現(xiàn)象

翻譯 趙迪

Shujin Deng, Zhe-Yu Shi,Pengpeng Diao, Qianli Yu, Hui Zhai, Ran Qi, Haibin Wu

http://science./content/353/6297/371

標(biāo)度不變性(scale invariance)是與單一費(fèi)米氣體相關(guān)的一項(xiàng)重要性質(zhì)。在量子少體系統(tǒng)中，離散標(biāo)度對(duì)稱性(discrete scaling symmetry)會(huì)表現(xiàn)為諸如Efimov效應(yīng)等現(xiàn)象。在本文中我們報(bào)導(dǎo)了對(duì)標(biāo)度不變量子氣體的一種新的膨脹動(dòng)力學(xué)機(jī)制所進(jìn)行的理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果。作為時(shí)間t的倒數(shù)，保持費(fèi)米氣體的簡(jiǎn)諧勢(shì)阱的頻率會(huì)連續(xù)地衰減，而相應(yīng)的，氣體尺寸的膨脹過(guò)程將表現(xiàn)為一系列平臺(tái)結(jié)構(gòu)。這些平臺(tái)的位置分布服從具有一個(gè)可控比例因子的離散幾何標(biāo)度定律，此時(shí)膨脹動(dòng)力學(xué)可由一個(gè)log周期函數(shù)來(lái)表述。這種顯著的膨脹現(xiàn)象與Efimov效應(yīng)遵從同樣的標(biāo)度定律和數(shù)學(xué)描述。

Electron microscopy ofelectromagnetic waveforms

電磁波波形的電子顯微鏡觀測(cè)

翻譯 趙迪

A. Ryabov, P. Baum

http://science./content/353/6297/374

快速變化的電磁場(chǎng)幾乎是所有光電子器件操作的基礎(chǔ)。本文中我們報(bào)導(dǎo)了利用電子顯微鏡測(cè)量具有亞周期和亞波長(zhǎng)分辨率的載流子集體運(yùn)動(dòng)以及電磁場(chǎng)。我們使一束準(zhǔn)直的飛秒級(jí)電脈沖通過(guò)事先用單周期電磁脈沖激發(fā)的超材料諧振器。如果探測(cè)電子通過(guò)時(shí)間少于半個(gè)場(chǎng)周期，那么使時(shí)間凍結(jié)的洛倫茲力將導(dǎo)致圖像發(fā)生準(zhǔn)經(jīng)典的扭曲，并能達(dá)到準(zhǔn)周期時(shí)間分辨率。運(yùn)用泵浦-探測(cè)(pump-probe)序列技術(shù)得到的影像向我們揭示了樣品的振蕩電磁場(chǎng)矢量信息，包括時(shí)間、相位、振幅以及偏振等。這種波形電子顯微鏡可以在體積非常小、反應(yīng)速度非常快的器件中對(duì)電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行可視化觀測(cè)。

Layered and scrolled nanocomposites with aligned semi-infinite grapheneinclusions at the platelet limit

基于半無(wú)限大規(guī)則排列石墨烯薄片的層狀及卷狀納米復(fù)合材料

翻譯 鄧卓

Pingwei Liu, Zhong Jin, Georgios Katsukis, Lee William Drahushuk, StevenShimizu, Chih-Jen Shih, Eric D. Wetzel, Joshua K. Taggart-Scarff, Bo Qing,Krystyn J. Van Vliet, Richard Li, Brian L. Wardle, Michael S. Strano

http://science./content/353/6297/364

二維(2D)材料具有能夠在最大加固極限內(nèi)將周圍的一個(gè)復(fù)合材料體的物理維度延伸的獨(dú)特能力。然而，具有高容積率的連續(xù)2D材料成分的排列和組裝仍然是一個(gè)難題。在本文中我們運(yùn)用了堆積和折疊的方法制造了具有320個(gè)平行材料層且規(guī)則排列的石墨烯/聚碳酸酯復(fù)合物。這些復(fù)合物的厚度從0.032毫米到0.11毫米，并且在低至0.082% 的容積率下能顯著增大有效彈性模量和強(qiáng)度。此外我們還利用橫向剪切卷動(dòng)方法制造了一些阿基米德螺線狀的纖維材料作為類比。這些獨(dú)特的纖維在拉斷時(shí)的延伸率可達(dá)到110%，比芳綸(Kevlar)大30倍。兩種復(fù)合材料都保留了沿著石墨烯平面軸方向各向異性的電導(dǎo)性和石墨烯的透明性。這些復(fù)合技術(shù)確保了材料在極低容積率下能夠保持很強(qiáng)的機(jī)械加固性質(zhì)和良好的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)。

A lightweight shape-memory magnesium alloy

一種輕量化的形狀記憶鎂合金

翻譯 鄧卓

Yukiko Ogawa, Daisuke Ando, Yuji Sutou, Junichi Koike

http://science./content/353/6297/368

具有加熱后形狀復(fù)原和超彈性等特殊性質(zhì)的形狀記憶合金（SMA）為各個(gè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域提供了多種優(yōu)勢(shì)。這些有特色的材料行為在許多多晶合金系統(tǒng)中都能觀測(cè)到，例如基于鎳鈦(TiNi)，銅，鐵，鎳，鈷和鈦的合金系統(tǒng)，不過(guò)在諸如鎂（Mg）和鋁（Al）的輕量化合金中卻未曾被發(fā)現(xiàn)。在本文中我們報(bào)導(dǎo)了一種基于Mg的SMA，這種合金不僅在150℃下展示出了4.4%的超彈性，還能在加熱后復(fù)原形狀。形狀記憶性質(zhì)是由可逆的馬氏體相變導(dǎo)致的。這種Mg合金中包含了輕量的鈧，而材料的密度大約是2克/立方厘米，比TiNi SMA的密度少了三分之一。對(duì)這一種合金材料的發(fā)現(xiàn)提高了輕量化SMA在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用潛力。