11月5日《自然》雜志精選

封面故事:

2050年前澳大利亞經濟狀況的兩種情形

本期封面圖片是對2050年前澳大利亞經濟狀況兩種不同情形的圖示。一個發達國家要進入一個具有可持續性的社會，就需要同時對經濟、能源、農業和行為重新進行平衡。Steve Hatfield-Dodds 等人采用一個多模式框架來評估在澳大利亞這個只有一個國家的大陸內做到這一點的能力。通過對氣候、水、糧食、能源和生物多樣性進行分析，他們顯示，在生態環境不惡化的情況下改善經濟狀況是有可能的，但需要作出特定的政治和經濟選擇才能做到這一點。

基因控制中的相位調制

很多基因調控蛋白都被發現是以脈沖形式被激活的，但細胞是否會將脈沖的相對時序用于不同轉錄因子此前一直沒有被研究過。現在，Michael Elowitz及同事利用單細胞視頻顯示，酵母細胞通過調制脈沖轉錄因子Msn2和Mig1（二者分別為一個基因活化劑和一個基因抑制劑）之間的相對時序來響應于多樣化的環境條件控制目標基因的表達。他們還顯示，酵母細胞通過主動調制重疊的Msn2和Mig1脈沖所占比例來對各種不同濃度的葡萄糖作出反應，并相應調控目標基因表達。

細菌膜內復雜的通信方式

Gürol Suel及同事發現，細菌生物膜（沒有已知功能）中的離子通道通過鉀離子的傳播來在生物膜群落內傳導長程電信號。一種枯草桿菌生物膜內空間分離的細胞之間的代謝協調被發現依賴于離子通道活性。代謝限制觸發YugO鉀通道（該通道也在這個生物膜內傳播細胞外鉀信號）的激活，產生一個去極化波，后者協調這個生物膜內部和周圍的細胞之間的代謝狀態。本文作者利用一個簡單的數學模型顯示，YugO通道的門控足以促進遠距離細胞之間的高效電通信。

Piezo1通道的架構

機械敏感性陽離子通道通過一個被稱為“機械傳導”的過程將機械刺激與各種生物活動（包括碰觸、聽覺和血液調控）相結合。壓電蛋白最近被發現是后生動物機械敏感性陽離子通道的“成孔亞單元”，Piezo1感應血流的剪應力以確保正確的血管發育，調控紅血球功能，控制細胞遷移和分化。本文作者報告了全長度小鼠Piezo1的一個高分辨率低溫電子顯微鏡結構，它顯示了這一膜蛋白類似螺旋槳的三聚、三葉架構。他們提出，Piezo1可能將其周圍類似螺旋槳的“葉片”用作力傳感器來門控中央離子傳導孔。

約束狀態下的“Hong-Ou-Mandel效應”

“Hong-Ou-Mandel效應”是涉及玻色粒子的干涉、顯示它們之間不可分辨性的一個量子現象。該效應對光子和中性原子已有演示。現在，Kenji Toyoda及同事演示了聲子的“Hong-Ou-Mandel效應”。聲子是與一個系統中量子化的振動模式相關的準粒子。該演示是在由束縛的離子（它們有望成為量子計算機的構造單元）組成的一個系統中進行的。另外，作者還試圖用聲子生成一個糾纏態。雖然聲子以前在用束縛的離子進行的量子計算實驗中只扮演一個輔助角色，但這一結果為將聲子本身作為量子信息載體提供了新視角。