nature杂志精选文章一览 时间晶体的艺术想象

　　【1】封面故事： 时间晶体
　　doi | 10.1038/nature21413
　　本期封面为时间晶体的艺术想象图。与普通晶体一样，时间晶体的结构高度有序，但普通晶体的周期性来源于空间元素的规律重复，而时间晶体则是一种同一结构在时间上重复的奇异物质态。研究者在几年前预言了时间晶体的存在，但它直到最近仍未得到实验证明。现在，两支团队为这种难以捉摸的物质形式提供了实验观测证据。mikhail lukin及同事以金刚石氮-空位系统为实验平台，制备出了一种离散时间晶体。在另一篇论文中，张颉颃及同事利用囚禁离子实现了类似的结果。这样的时间晶体或许能应用于构建稳健的量子内存。
　　【2】探究丝路之源
　　doi | 10.1038/nature21696
　　横跨中亚的丝绸之路是一个历史悠久的古代贸易路线网络。但它是如何形成的呢？常规模型通常会从推断已知是贸易网络一部分的地点间最便利的路径出发。这种方法带来了循环推理的问题，会使结果偏向已知的路线。michael frachetti和同事在本文中采用了一种不同的方法，表明贸易路线网络是从游牧民数百年来的活动中产生的：游牧民需要在高海拔和低海拔地区间迁移牲畜，以应对这一普遍多山的地区的季节变化。他们据此提出，丝绸之路网络是从游牧民早已建立的地方性迁移模式中缓慢成形的。这一发现或许能启发考古学家为古代贸易连接路线的演变寻找更细致的解释。
　　【3】长链非编码rna目录
　　doi | 10.1038/nature21374
　　fantom研究联合体的alistair forrest、piero carninci及同事编制了一个人类长链非编码rna（lncrna）基因及其表达谱数目录，样本来自人类初代细胞、组织和细胞系。他们使用了对多个数据集的联合分析结果，识别出了27，919个5’端准确的lncrna基因，以及19，175个可能的功能lncrna位点。这一lncrna目录及其注释可通过开放网络资源访问。
　　【4】自噬作用保障细胞健康
　　doi | 10.1038/nature21388
　　老化的造血干细胞（hsc）无法再生血细胞或更新造血干细胞，并且会表现出对特定谱系的偏好。但人们此前曾发现，自噬作用能保护hsc不受代谢压力影响。emmanuelle passegué及同事表明，失去自噬作用会增加hsc的线粒体累积，还会导致hsc代谢水平升高，干扰其自我更新和再生的能力。这一现象与人们在老化的hsc中观测到的现象相似，但大约1/3的老化hsc仍然拥有较高的自噬水平和较低的代谢状态，这有助于它们保持再生能力。
　　【5】tirr调节双链断裂修复
　　doi | 10.1038/nature21358
　　dna发生双链断裂时，p53结合蛋白1（53bp1）是最早被招募到断裂位点的蛋白质之一。在断裂位点，53bp1的串联tudor域与h4k20me2组蛋白修饰之间发生相互作用。dipanjan chowdhury及同事发现了一种新的因子——tudor相互作用修复调节因子（tirr）。tirr能通过掩饰53bp1的相互作用域、阻止53bp1被招募到断点来控制dna修复。
　　【6】读写单个原子
　　doi | 10.1038/nature21371
　　小型化经典数据存储的最终极限是使用单原子磁比特。由于磁弛豫时间较长，不易丢失信息，钬原子被人们视为一种富有潜力的候选材料。fabian natterer及同事使用扫描隧道显微镜实现了读写单个钬原子的磁性，并发现单个原子的状态可以保持数小时。作者使用这些原子制造了2位内存，能写入四种可能的状态。随后，他们将邻近的磁性铁原子作为传感器，来确认磁性状态。这项研究表明单原子磁性内存应该是可行的。
　　【7】打破定律
　　doi | 10.1038/nature21366
　　基于受激发射损耗（sted）效应的超分辨率光学显微镜改进方法存在一个问题：它们通常受“平方根定律”的限制，即有关实现分辨率改进所需的光子数量的定律。刘宇嘉及同事发现了一种绕过这个恼人定律的方法。与前人一样，他们将掺杂了镧系元素的上转换纳米颗粒作为实现高分辨率成像的发射种类。这项研究的区别在于，作者改造了这些纳米颗粒的激光样吸收和发射性质，使它们能在低得多的光强度下促成类sted显微术。
　　【8】控制碳纳米管手性
　　doi | 10.1038/nature21051
　　摩尔定律预测，一个微处理器芯片可容纳的晶体管数量每两年就会翻倍；但摩尔定律的时代似乎即将走到尽头。因此，研究者正在开发用于纳米电子器件的替代材料。由于水平纳米管阵列能优化电流输出，这种结构是一个极具吸引力的选项。张锦及同事报告了两种不同水平碳纳米管阵列的结合，它们具有受控的手性，一种为金属性、另一种为半导体性。作者通过可选择特定直径和晶体对称性的催化剂阵列实现了这一点，靶向手性结构为（2m， m）的纳米管。这种纳米管生长较快，且可通过优化生长条件进一步富集。这些发现有利于基于碳纳米技术的新一代高性能电子器件和集成电路的发展。
　　【9】沃尔巴克氏体操纵昆虫存活
　　doi | 10.1038/nature21391
　　沃尔巴克氏体（wolbachia）能感染许多节肢动物，包括许多感染人类的病毒的载体——蚊子。沃尔巴克氏体感染会导致细胞质不亲和性，即受感染的雄性和未受感染的雌性杂交产生的后代会在胚胎期死亡，从而增加了被感染的雌性在种群中的比例。此前，人们并不知晓这一效应的分子基础。在本文中，seth bordenstein及同事使用了比较和转基因方法，识别出了由沃尔巴克氏体中的wo噬菌体编码的两个基因，它们能引起细胞质不亲和性。这些细胞质不亲和性因子的发现或许能帮助研究者对wo诱导的生殖改造进行遗传操纵，并为控制虫媒疾病在人类中的传播作出贡献。
　　【10】mrna疫苗击败寨卡病毒
　　doi | 10.1038/nature21428
　　由于缺乏安全有效的疫苗，抗击寨卡病毒的公共卫生尝试受到了阻碍。drew weissman及同事开发了一种基于化学稳定的信使rna（mrna）的候选疫苗，这种mrna编码寨卡病毒的前膜和包膜糖蛋白，被包装在可在皮内递送的脂质纳米颗粒中。单剂量的疫苗能让小鼠和恒河猴获得对寨卡病毒的长期免疫力。这些发现为开发能够保护人类不受寨卡病毒感染的候选疫苗奠定了基础。