封面故事:

2050年前澳大利亚经济状况的两种情形

本期封面图片是对2050年前澳大利亚经济状况两种不同情形的图示。一个发达国家要进入一个具有可持续性的社会，就需要同时对经济、能源、农业和行为重新进行平衡。Steve Hatfield-Dodds 等人采用一个多模式框架来评估在澳大利亚这个只有一个国家的大陆内做到这一点的能力。通过对气候、水、粮食、能源和生物多样性进行分析，他们显示，在生态环境不恶化的情况下改善经济状况是有可能的，但需要作出特定的政治和经济选择才能做到这一点。

基因控制中的相位调制

很多基因调控蛋白都被发现是以脉冲形式被激活的，但细胞是否会将脉冲的相对时序用于不同转录因子此前一直没有被研究过。现在，Michael Elowitz及同事利用单细胞视频显示，酵母细胞通过调制脉冲转录因子Msn2和Mig1（二者分别为一个基因活化剂和一个基因抑制剂）之间的相对时序来响应于多样化的环境条件控制目标基因的表达。他们还显示，酵母细胞通过主动调制重叠的Msn2和Mig1脉冲所占比例来对各种不同浓度的葡萄糖作出反应，并相应调控目标基因表达。

细菌膜内复杂的通信方式

Gürol Suel及同事发现，细菌生物膜（没有已知功能）中的离子通道通过钾离子的传播来在生物膜群落内传导长程电信号。一种枯草杆菌生物膜内空间分离的细胞之间的代谢协调被发现依赖于离子通道活性。代谢限制触发YugO钾通道（该通道也在这个生物膜内传播细胞外钾信号）的激活，产生一个去极化波，后者协调这个生物膜内部和周围的细胞之间的代谢状态。本文作者利用一个简单的数学模型显示，YugO通道的门控足以促进远距离细胞之间的高效电通信。

Piezo1通道的架构

机械敏感性阳离子通道通过一个被称为“机械传导”的过程将机械刺激与各种生物活动（包括碰触、听觉和血液调控）相结合。压电蛋白最近被发现是后生动物机械敏感性阳离子通道的“成孔亚单元”，Piezo1感应血流的剪应力以确保正确的血管发育，调控红血球功能，控制细胞迁移和分化。本文作者报告了全长度小鼠Piezo1的一个高分辨率低温电子显微镜结构，它显示了这一膜蛋白类似螺旋桨的三聚、三叶架构。他们提出，Piezo1可能将其周围类似螺旋桨的“叶片”用作力传感器来门控中央离子传导孔。

约束状态下的“Hong-Ou-Mandel效应”

“Hong-Ou-Mandel效应”是涉及玻色粒子的干涉、显示它们之间不可分辨性的一个量子现象。该效应对光子和中性原子已有演示。现在，Kenji Toyoda及同事演示了声子的“Hong-Ou-Mandel效应”。声子是与一个系统中量子化的振动模式相关的准粒子。该演示是在由束缚的离子（它们有望成为量子计算机的构造单元）组成的一个系统中进行的。另外，作者还试图用声子生成一个纠缠态。虽然声子以前在用束缚的离子进行的量子计算实验中只扮演一个辅助角色，但这一结果为将声子本身作为量子信息载体提供了新视角。

能够通过反弹自行清除的小水滴

自清洁、防结冰和可控制冷凝的表面在自然界中和在广泛的技术方面都很重要。Thomas Schutzius及同事现在发现，处在一个低压环境中的质地合适的超疏水性表面上的小水滴能够通过自发的悬浮和类似蹦床的反弹“自行清除”，即便该表面是完全刚性的。这种行为似乎是违反热力学第二定律的，但可以通过由于水滴的快速蒸发，同时该表面的基底附着和柱结构限制蒸气流动而在水滴下面积累的一个过压得到解释。这种效应（它甚至能在冰滴凝固时将它们清除）显示了对液滴—表面相互作用的认识何以能够指导表面的合理设计、以将这样的相互作用应用到出人意料的用途上。

（田学文/编译 更多信息请访问www.naturechina.com/st）