封面故事: “狄拉克点”的奥秘
某些固体的电子结构使它们表现出“狄拉克点”，这些点处在凝聚态物理学中很多有趣现象的核心。例如，在石墨烯中，它们使电子的行为就像“狄拉克费米子”一样，能够以光速运动。本期Nature杂志介绍了控制“狄拉克费米子”性质的两种非常不同的方法。在传统固体中，材料的电子结构是无法改变的，所以难以看到“狄拉克费米子”的性质是怎样被控制的。为了避免这种局限性，Tarruell等人在一个可调节的蜂巢式光晶格中创建了一个由超冷量子气体组成的可调系统。这个模型所模拟的是凝聚态物理学，其中原子扮演电子的角色。“狄拉克点”可被移动和合并，以研究拓扑绝缘体和石墨烯等奇异材料的物理学问题。
脊椎动物脑的演化起源
脊椎动物的脑是一个复杂结构，但它是怎样从一个较简单的神经系统形成的仍然不清楚。与脊椎动物关系最密切的无脊椎动物如海鞘和文昌鱼等，其脑结构要简单得多，而且人们也曾广泛假设，脊椎动物的脑有一个脊椎动物所特有的演化史。但是现在，Christopher Lowe及其同事所做的工作表明，决定囊舌虫（脊椎动物非常远的亲缘种，与海星等棘皮类动物相似）前端的基因程序非常像脊椎动物的。这意味着，决定脊椎动物脑的程序是作为决定动物前端发育的一个更具普遍性的程序开始的。这样便造成一种困惑，因为其中所涉及的通道在文昌鱼和海鞘中已经消失或已被高度改变。
用“DNA折纸术”来组装细胞质基因结构
自Paul Rothemund在Nature杂志上的一篇论文中首次介绍“DNA折纸术”（DNA origami）以后的6年时间里，该方法被用于大量纳米结构的材料和器件的自组装。在这篇论文中，Tim Liedl及其同事报告了他们用这种方法来以高产率生成细胞质基因结构的研究工作，这些细胞质基因结构含有在纳米尺度的螺旋体中以纳米精度排列的纳米颗粒。这些组合体的光学反应可以合理地予以调整，以产生所需的手性、颜色和强度，从而突显了“DNA折纸术”作为一种工具在引导纳米颗粒自组装成具有所希望电性能或磁性能方面所具有的价值。
“螺缩醛”的非酶合成
性激素Olean（见于橄榄实蝇中）有一个有趣的性能：其中一个镜—像变种吸引雄性，另一个吸引雌性。Olean含有作为其唯一手性来源的一种“螺缩醛”，这是一种天然产物，由连接两个环的一个乙缩醛（在同一碳原子上含有两个氧—碳单键的一个分子）组成。此前，化学家一直无法模仿合成这种类型的手性乙缩醛中心所需的酶功能，但这篇论文报告了能够催化选择性“螺缩酮化”反应的新的手性酸的设计和合成，其中包括能够使Olean具有非常高选择性的一种手性酸。这些人工催化剂的一个鲜明特点，是一个极小的手性袋状结构，它使人想起天然酶中的那些结构。
皮质纹状体弹性是抽象技能学习的核心
“皮质纹状体回路”已知涉及物理技能学习，但尚不清楚这些通道对于抽象技能学习是否也是重要的。在这项研究中，Jose Carmena及其同事训练小鼠利用主要运动皮质中的活动（但没有明显的运动）来操纵朝向某一目标的一个听觉提示。纹状体神经元在整个训练过程中改变了它们的活动，其中有更多的神经元根据是否已到达目标来调整它们的输出。这种调整和学习是基于标准的弹性机制，正如NMDA受体行动的破坏会影响动物学习技能的能力所反映的那样。这些发现表明，皮质纹状体弹性是抽象技能学习的核心，并且暗示，神经系统的存取机制（这种机制是为适应熟练行为而形成的）也许具有可转移性，用来控制神经假体的运动。
（田天/编译，更多信息请访问www.naturechina.com/st）
《中国科学报》 (2012-03-24 A2 国际)
