3月17日《自然》杂志内容精选

3月17日《自然》杂志内容精选

杂志封面

封面故事：孕酮增强精子能力的机制

女性类固醇激素“孕酮”（黄体酮）是由卵巢和胎盘产生的，通过在一种已很好定性的“核孕酮受体”上发生的作用来支持受孕和胚胎形成。但由卵子周围的细胞释放的孕酮也在输卵管内刺激精子细胞，增强它们使卵子受精的能力，而孕酮这种作用的机制一直不清楚。现在，两个独立研究小组报告，孕酮能够强力激发精子鞭毛上的主要Ca2+通道CatSper。他们的数据表明，CatSper通道或一个直接相关的膜蛋白起一种新型孕酮受体的作用，该受体能调控孕酮在精子质膜层面上快速的、非基因组性质的效应。这些结果应能帮助确定孕酮和CatSper在精子中的生理作用，并且还可能导致新型非激素类避孕药的研发。

对单个原子自旋的控制

这项研究工作演示了对单个原子自旋的控制达到了一个新的水平：研究人员首次在一个光学晶格内的一个强相关量子体系中以单原子和单“晶格点”分辨率实现了相干自旋操纵。光学晶格中的超冷原子提供了研究量子多体体系基本性质的一个多功能工具。本文作者们通过用一个激光束和“微波场”来翻转一个光学晶格特定点上单个原子的自旋，演示了在最基本层面的控制能力。该方法应能使自旋杂质的熵传送和量子动态的研究、新型冷却方案的实施、量子多体相的工程以及各种不同的量子信息处理应用成为可能。

一种细菌SKT蛋白的晶体结构

所有活细胞都积累钾离子，而很高的细胞内钾浓度是很多生理过程所必需的。在细菌、酵母和植物中，钾离子吸收是由一个超级家族的运输蛋白“SKT蛋白”实现的。这些蛋白被认为是从简单的钾通道形成的，但是钾离子选择性和运输的机制却不清楚。现在，一种细菌SKT蛋白（来自“副溶血性弧菌”的TrkH钾运输蛋白）的晶体结构已被确定。它的选择性过滤器与钾离子通道中的择性过滤器相似，但较短。生物化学研究表明，K+选择性取决于一个新的门控机制，该机制将Na+和Li+等较小的离子排除在外，而让K+和Rb+等较大的离子进来。

铜氧化物高温超导性的起源

层状氧化铜化合物中高温超导性的起源仍是谜，但磁性被认为起一个关键作用，而且一种可能性是，它起源于自旋和电荷条纹的波动规律。以研究高温超导性铜酸盐中磁动态为目的的实验，曾显示一个沙漏形状的异常波谱，但对该波谱的解读观点却不一致。现在，Boothroyd等人发现，沙漏形状的波谱可以在La2-xSrxCoO4（LSCoO）中出现，它是一种绝缘的、空穴掺杂的“反铁磁体”，有一个与“214”家族的“镧锶铜氧化物”超导体相似的晶体结构。与其超导性“近亲”不同的是，LSCoO在很宽的掺杂范围内仍是绝缘的，说明其磁性可以被明确归因于其条纹。中子散射实验表明，LSCoO的磁谱与氧化铜超导体的磁谱惊人相似，说明沙漏形状的波谱也是从这些材料中的波动条纹产生的。

碳的释放与全球变暖

地球历史上最引人注目的全球变暖事件或称“hyperthermal”事件之一是“古新世—始新世极热事件”（PETM）。这个事件发生在距今约5600万年前，很可能是甲烷从沉积物中释放造成的。另外几个程度较差的变暖时期出现在PETM之后约600万~800万年。Sexton等人发现，这些较小的事件是短暂的、且相当频繁的，其节奏是由地球轨道确定的。它们迅速地开始和恢复说明存在一个机制，该机制主要取决于大气中的碳和溶解到海洋中的有机碳之间的转换，这与PETM事件中温室气体从埋藏的碳库中较慢释放的情形形成鲜明对比。这些发现有可能帮助回答关于极端变暖事件中全球碳周期怎样发挥作用的根本性问题。

板块构造较弱的根源

板块构造领域中一个长期未解之谜是，为什么明显很弱的某些区域会经常成为剧烈地质活动的地点？或者比较简单地说，为什么山系会出现在它们所在的地方？Anthony Lowry和Marta Pérez-Gussinyé发现，地壳石英（大陆岩石中最弱的矿物质）的丰度可能是一个主要因素。他们利用地震接收器的功能、引力及地表热流测量结果，估计了美国西部大陆壳的厚度和地震波速度比VP/VS。他们发现，在较低的地壳VP/VS比和较高的岩石圈温度及较大的“Cordilleran变形”之间有惊人的相关性。由此他们推断，地壳石英的丰度可能会导致一个反馈机制，该机制强烈影响大陆温度和变形。

焦虑的神经回路

扁桃体是大脑中学习可怕记忆的一个重要区域，被认为在一般性焦虑中起一定作用，但在此反应中所涉及的亚区域及连接却不知道。现在，研究人员利用对大鼠扁桃体“中心核”中基底外侧扁桃体端部的光遗传刺激，识别出了控制自然双向焦虑的一个特定回路。刺激这些神经元有一个安静效应，而阻断同样的突起物则会增加与焦虑相关的行为。这些发现与扁桃体“中心核”所起的一个作用是一致的，尽管也许还有其他回路在与扁桃体并行发挥作用或在其下游发挥作用。