12月3日《科學》雜志內容精選

12月3日《科學》雜志封面

　　靠毒性廢物生活——吃砷的細菌

　　一項新的研究報告說，研究人員發現了一種可以完全依靠砷來生活和生長的細菌。這些發現第一次指出，有一種微生物可以用一種毒性化學物質（而非常見的磷酸鹽）來支持其生長和生命。

　　砷對活體生物通常具有高度的毒性，因為它會破壞生物的代謝通路，但在化學上，它與磷酸鹽類似。

　　科學家從前曾經發現過可用化學方式改變砷的微生物；這些微生物與孟加拉及亞洲其他地區的地下水中毒事件有關，因為那里的人們為了避免感染霍亂而轉用鑿孔中的水或井水。

　　現在，Felisa Wolfe-Simon及其同事發現了一種能夠完全以砷替換磷的細菌，它甚至可以將砷結合到其DNA中去。 這種喜好鹽的細菌是變形菌門中的鹽單胞菌科家族中的一員，該細菌來自加州的有毒而且多鹽的莫諾湖。

　　在實驗室中，研究人員在皮氏培養皿中培養這種細菌。研究人員逐步地用砷來取代磷酸，直到該種細菌可在不需要磷酸的情況下生長。磷酸是所有細胞中各種大分子的構建單元，這些大分子包括核酸、脂質和蛋白質。

　　該研究團隊用放射性同位素來密切跟蹤細菌中的砷代謝途徑，包括從砷的攝取到它被結合到不同的細胞成分之中。砷在該細菌中完全取代了其DNA分子中的磷酸。

　　我們如何忘卻東西？

　　當腦子受傷后造成記憶力變差時，人們通常認為這是腦中資訊喪失或資訊變得無法獲取的后果。但是現在，研究人員給出了一種替代性的解釋：腦子受傷患者在觀看熟悉物件時會將其當做新的物件，他們可能將新的物件看做是熟悉的物件，從而為他們自己制造了一種“虛假的記憶”。

　　Stephanie McTighe及其同事在大鼠中做了一個實驗，在該實驗中，他們單獨地（而非同時地）給這些大鼠展示了一個熟悉的物件及一個新的物件（這是在大多數從前的記憶測試中所做的實驗），他們對健康及腦損傷大鼠是如何對待這兩種物件的進行了觀察。

　　在正常情況下，健康大鼠會對熟悉的物件花較少的探索時間（證明其有某些記憶力），而對新物件花較多的探索時間。然而，這些研究人員說，那些腦子受傷的大鼠似乎將它們熟悉的及陌生的物件認作是相同的東西。

　　當研究人員在這些大鼠探索這些物件之前和之后將它們放置在一個黑暗無光的環境之中（以此來限制對它們的視覺刺激），McTighe及其團隊注意到，腦子受傷的大鼠不再會將熟悉的物件與新的物件混淆起來。

　　這一發現表明，持續性的視覺刺激（每當我們睜開眼睛的時候它們就會對我們進行大肆轟擊）具有影響我們腦中的還沒有充分發展成或固定下來的片斷記憶的能力。將這些結果與那些先前的研究相結合，McTighe和她的同事提示，腦中的特定區域會通過它們專門的信息處理功能來形成整體的記憶。

　　他們不贊成腦中的某個特別的區域是作為專門的記憶系統的這一概念。在Howard Eichenbaum所撰寫的觀點欄目中，他將這些結果放在了一個范圍更廣的背景之中，他討論了它們是如何與我們對腦子處理記憶的不斷變化的理解相適應的。

　　腦中維持的痛感

　　研究人員在小鼠身上找到了一個酶，當該酶在腦中被激活的時候，它看來會增加和維持神經損傷后機體對疼痛的敏感性。在受傷的幾天之后阻斷該酶的作用可減輕疼痛，提示該酶可成為治療慢性疼痛的一個有前途的靶標。

　　Xiang-Yao Li及其同事開展了數項聚焦于神經細胞中蛋白激酶 M zeta 的分析，這些神經細胞位于腦中的前扣帶皮層部分。神經損傷激活了這些神經元中的該種酶，而這又轉而觸發了與學習、記憶及持續性感受疼痛有關的長時間的突觸變化。

　　文章的作者說，這個酶看來與維持慢性疼痛相關的神經元變化有關。

　　新材料在極端溫度下仍然有黏性和彈性

　　研究人員用碳納米管開發出了一種材料：它具有像蜜糖那樣稠厚液體的緩慢流動的性質，但同時也有橡皮那樣的可復原的彈性。他們說，在極其廣泛的溫度范圍內，這些性質仍然存在。這樣的材料被稱作具有“黏彈性”。

　　Ming Xu及其同事報告說，他們的新型黏彈性材料在-196至1000攝氏度的范圍內都能維持其獨特的性質。

　　在正常情況下，黏彈性物質會在過熱的時候分解，并在過冷的情況下變脆。但是，當其在極端的溫度范圍內發生變形之后，這種材料可像鞋底、耳塞和床墊那樣恢復其形狀；這一事實提示，這種材料將來可能會在太空探索中有用途。

　　為了構建這種材料，Xu及其他的研究人員創建了一種隨機性的長的、相互連接的有單層、雙層及三層管壁的碳納米管網狀結構。他們提示，這種持續的穩定性是因為個別納米管在接觸點處拉開和關閉時能量的消散所造成的。在一篇觀點欄目中，Yury Gogotsi對這種材料及其應用進行了較為詳盡的解釋。

　　（本欄目文章由美國科學促進會獨家提供）