自然杂志

气候无疑是2009年的重要“标签”之一。虽然去年12月在丹麦哥本哈根举行的联合国气候变化大会没能达成一个新的国际减排协议以接替将于2012年“寿终正寝”的《京都议定书》，但它确实成功地将全球的关注目光聚焦到全球变暖这一议题上。再加上去年年底常年干旱少雨的沙特遭受特大暴雨袭击；英国北部遭遇“千年一遇”的暴雨；而自圣诞节前就开始肆虐欧美各地的罕见暴雪至今仍未见有收势的迹象，各类极端天气事件在全球各地“为非作歹”，应对气候造成的影响更显紧迫。在刚刚过去的这一年中，科学家们在气候科学领域获得了很多意义重大的发现，但同时，也围绕一些话题产生了诸多激烈的争论。《自然》杂志网站近期刊文对此进行了梳理。1.气候变暖全球化2009年的开场消息可谓在意料之中，不足为奇：总体说来，南极大陆正在变暖。2009年1月，华盛顿大学的气候学家埃里克斯泰格及同事在《自然》杂志上发表的论文表明，暖化现象在南极大陆广泛存在。他们通过综合卫星监测数据和气象站的历史记录，对南极地区过去50年来的气温进行了分析，结果发现，西南极洲的平均气温逐年升高了0.1℃。2009年10月份发表的另一项研究佐证了他们的发现。英国南极调查局的莉斯托马斯和同事在《地球物理研究快报》上报告说，对从南极半岛西南部钻取的冰芯研究的结果显示，过去50年中，南极气温升高了2.7℃。这些研究提供了必要的证据，表明人类行为引起的变暖正在全球范围内发生。“我们现在看到，地球七大洲都在变暖，这与气候模型的预测一致，是温室气体效应的结果。”斯泰格说。2.关于降温的误解2009年3月，一篇探讨气候变化周期的技术性论文被广泛曲解为我们正处在一个全球降温的时期。为了以正视听，研究人员耗费了大量精力。威斯康辛大学密尔沃基分校的凯尔斯旺森和安纳斯塔西奥斯托尼斯在《地球物理研究快报》上发表报告称，尽管21世纪气温总体会升高，但是在这个上升趋势中，会交替出现阶段性的30年变暖和30年变冷。他们对气候的自然变化能否解释这种冷暖期的更迭进行了研究，考察的因素包括厄尔尼诺现象等短期天气事件。结果发现，不同形式的气候自然变化确实会同步存在，从而让气候状态发生转换。研究人员说，我们大概在2001年至2002年间就已经进入了这样一个阶段，在这种情况下，变暖的过程有可能会出现一个停顿，然后气温接着又会升高。有些批评家针对研究数据提出异议，并怀疑两位研究人是否将这种情况与气候正常的逐年变化混淆了，即气温在有些年份里会下降，在另外一些年份里则会升高，即使从长期来看气温的变化趋势是上升的。对此，斯旺森表示：“无论如何，要注意我们不是在谈论全球降温，而仅仅是变暖过程中的一个停顿，这一点很重要。”然而到了2009年9月，关于降温的话题又卷土重来。德国吉尔大学莱布尼兹海洋研究所的气候学家莫季布拉蒂夫在日内瓦举行的世界气候大会上发表讲话称，有必要以10年为一个时间尺度开展气候变化研究，以加大预测的准确度。他指出，由于气候存在自然可变性，从理论上而言，我们可能看到“10年甚至20年里气温相比现在的水平要低”。据报道，拉蒂夫曾经预测全球会变冷，其言论得到了气候变化否认者的响应。但一个被忽略的事实是，研究人员们普遍都认可，目前地球正在经历全面的变暖，并且这一趋势会长期持续下去。2009年11月，英国气象局、自然环境研究理事会和英国皇家协会发表声明称，过去的10年是有历史记录以来最热的一段时期。3.确定海平面上升幅度整个2009年，科学家们在确定海平面随气温升高而可能上升的幅度方面取得了进展。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其2007年的报告中预测，到2100年，海平面将升高多达59厘米。但报告同时指出，这是一个较低的估计值，因为目前海平面升高值的计算依据的是水温升高后海水的体积变化，没有将另一个重要因素——冰山的裂冰作用这一动力过程的“贡献”考虑在内，而在格陵兰岛和南极洲的边缘地带，冰川断裂现象越来越常见，冰川融化后流入大海的水量很难估计。2009年3月，在丹麦哥本哈根举行的气候变化国际科学大会发布报告说，到2100年，海平面可能升高1米。其中的一个“罪魁祸首”是“热膨胀”——海洋变暖的速度比此前设想的要快50%，当温度升高时，海水就会膨胀。另一个“犯罪同伙”则是格陵兰和南极洲的冰盖消融速度快于预期。2009年7月，哥伦比亚大学的马克施德尔和同事在《自然—地球科学》杂志上发表论文指出，IPCC的预测可能是正确的。研究小组通过使用珊瑚化石和对冰芯测量获得的数据，重建了过去2.2万年间的海平面波动状况。根据他们的计算，到2100年，如果温度升高1.1℃，海平面将只会上升7厘米；而温度升高6.4℃的话，海平面将上升84厘米。施德尔说：“基于两种估算方法是完全独立的，这一结果支持了IPCC的结论。”他同时警告说，如果对海平面上升的估计是正确的，地势较低的国家以及三角洲地区将会成为洪灾的“口中之物”。2009年9月，英国南极调查局的哈米什普里查德及同事发表在《自然》杂志上的研究发现，格陵兰和南极洲两个地区的冰盖融化速度比之前认为的要快得多，这是由于“动态变薄”过程导致的，在这个过程中，温暖的海水会逐渐削蚀冰盖的边缘。由于目前科学界还未揭开“动态变薄”羞答答的“面纱”，海平面到2100年的升高幅度很可能会超过1米。4.开展更多关于减排目标的磋商关于减排目标的确定，科学界提出了多种衡量方案以供讨论，有人表示需要将大气中二氧化碳的浓度稳定在450ppm（百万分之450）或者350ppm；还有人认为应该让全球排放在2015年或者2020年达到峰值以避免出现灾难性的气候暖化后果；另有一组科学家建议，将重点放在一个整数上会比较容易。这个数字就是1万亿吨。这是二氧化碳累积排放的极限。牛津大学的麦尔斯艾伦及同事在《自然》杂志上刊发文章表示，如果我们希望得到一个合理的机会来避免气温升高超过工业化时代之前水平2℃的话，二氧化碳累积排放总量就必须控制在1万亿吨以下。考虑到自1750年以来我们已经排放了5000多亿吨二氧化碳，现在只剩下另一半5000亿吨可以支配。而按照目前的排放速度，40年后我们就将达到这个数字。从政治上而言，这项将累积排放控制在1万亿吨的策略会增加政策制定者继续延期行动的风险，他们的理由将是：不用着急，只要在排放到1万亿吨之前停下来就行。但艾伦表示，这项控制累积排放的举措强调的是排放的最终宽限，我们拖延得越久，最后不得不采取的行动的力度就越大。

《自然》杂志内容精选 2007-9-6封面故事：惯性、引力与阻力 当汽车加速、刹车和转弯时我们感觉到的拉力和推力是惯性在物理上的表现——不是我们早上不想起床的那种惰性，而是在没有外力时使身体在一条直线上保持不动或保持一定运动速度的那种惯性。“经典”惯性(一般是按照牛顿第一定律定义的)的性质，以及根据爱因斯坦广义相对论一个旋转的物体所具有的惯性系阻力，长期以来使物理学家为其着迷。在一篇Review Article中，Ignazio Ciufolini对最近根据由地球卫星所得到的测量结果在理解惯性阻力方面所取得的进展进行了分析。封面所示为由全球引力势模型EIGEN-GL04C得出的引力异常情况，该模型是利用来自美国国家航空航天局的GRACE探测器所得到的精确引力数据建立的。地球转动时阻滞了空间甚至时间，从而在宏观尺度上说明了惯性系阻力的存在。 造成6500万年前物种大灭绝的小行星来自哪里 几个方面的证据都表明，在过去1亿年里，撞击月球和地球大气层的直径在一公里大小的天体的长期平均撞击流量增加了两倍以上。Bottke等人通过数值模拟发现，这一增加很可能是由小行星Baptistina的母天体的灾难性解体触发的，该天体是在距今大约1.6亿年前在主小行星带内侧解体的。解体后所产生的碎片进入了它们有可能撞击陆地行星的轨道。 基因复制和损失在酵母中所发挥的作用 基因复制和损失是演化创新的一个关键机制，但我们对决定该机制的演化原理却知之甚少。SYNERGY是一种新开发出的算法，利用序列相似性及物种系统发生学来建立一组物种中基因复制和损失的演化史。这种办法已被用于17种子囊菌(包括常用的模型生物酿酒酵母和裂殖酵母)的基因组，来确定基因复制和损失在酵母这个分支中所发挥的作用。研究人员所获得的发现之一是，基因复制可能会简化一个系统，而不是使其更复杂，其作用方式是使相关通道更为专业化和模块化。 触发固体中相变的新方法 触发固体中的相变有各种不同的微妙方法：例如，可用一个光脉冲或电流来注射能够改变一个系统的电子状态的“热”电荷。现在，Rini等人报告了一种很不相同的方法：用太赫兹(THz)辐射来激发一种磁阻性水锰矿中某一振动模式。这一体系具有强关联的电子，在该体系中，即便是晶体结构的微小变化也能对电子性能和磁性能产生深远影响。被激发的震动足以使材料从一种稳定的绝缘相变成一种亚稳定的金属相。通过对所选择的振动模式(尤其是金属氧声子)的相干操控来进行相控制，有可能在其他复杂固体中派上用场，如用来研究Cu-O振动怎样影响高温超导体的电子性能。 哺乳动物内耳中“端部联结”的构造 内耳的毛细胞之所以被这么称呼，是因为有毛一样的东西(立纤毛)从它们的顶部表面伸出。由声音诱导的立纤毛运动，被认为是通过将立纤毛彼此连接起来的“端部联结”(tip links)与机电传导通道耦合在一起的。现在，Kazmierczak等人报告了哺乳动物“端部联结”的构造。它们是由钙依赖型细胞黏附蛋白家族的两个成员cadherin 和protocadherin 15之间的相互作用形成的。有趣的是，这些cadherins的突变引起人失聪，而且这样一个突变破坏了两个分子之间的相互作用。 宿主和噬菌体之间的演化合作 人们知道，细菌和它们的病毒(或噬菌体)之间的相互作用能导致宿主和噬菌体之间一定程度的共同演化。通过对在感染过程中海洋藻青菌Prochlorococcus及其T7一样的噬藻体(cyanophage)进行全基因组表达分析，研究人员对这种关系的亲近程度有了一个整体认识。在噬藻体感染过程中，若干个宿主基因得到协调的表达，该噬藻体则似乎能够很好地利用基因产物。这些藻青菌在海洋中普遍存在，并且在它们自己的小环境中居支配地位。 双管齐下的疫苗 很多有效疫苗通过诱导中和抗体来发挥作用，这种方法是HIV疫苗的一个研究重点。但一项新的研究表明，抗HIV抗体在以两种方式发挥作用时最有效：一种是通过中和，即直接杀死病毒，阻止其进入T-细胞；另一种是通过杀死感染的细胞。研究人员将保护人体不受HIV感染的一种具有中和作用的人体抗体的基因工程版本用于一个猴子模型，发现保护作用不仅依赖于该抗体的中和活性，而且依赖于其与促动细胞(effector cells)上的Fc受体的相互作用，该受体的作用可能是降低被感染细胞所产生的病毒数量。这项工作说明，用能够同时利用具有中和作用的抗体和通过巨噬细胞及细胞分裂素等实现的由细胞调控的免疫力的疫苗，也许能够获得最好的结果。

我们都知道，自己的血型是从父母那里遗传下来的，人类的血型主要分为A型、B型、AB型和O型四种。一般来说，人们的血型是终身不会改变的。但科学家近日在最新一期美国《自然生物工艺学》杂志上发表论文说，他们找到了可以将A型、B型和AB型血转化成O型血的方法。如果这项方法在临床上被证明是切实可行的，无疑将大大缓解世界各国都存在的血液量不足的问题，并可以“源源不断”地生产出可供各类血型患者输血时使用的“万能”O型血。　　简单地讲，ABO血型是根据人体血红细胞表面所含抗原(也叫凝血元)而命名的。红细胞表面有A抗原的为A型血；红细胞表面有B抗原的为B型血；红细胞表面上同时有A、B两种抗原的为AB型血，红细胞表面无A、B抗原的则为O型血。人体将对那些他们血液中缺乏的抗原产生抗体，同时拥有两种抗原的AB血型病人，在需要输血时可以接受任何类型的血液。反之亦然，A型血病人不能输入B型血，而O型血人则成为“万能输血者”。　　那么，人类是否可以改变血型呢？哥本哈根大学的教授亨里克克劳森带领来自世界各国的科学家进行了这项史无前例的探索性研究，并取得了可喜的成果。他们对2500种真菌和细菌进行筛选，希望从中发现有用的蛋白质。最终，他们发现了两种真菌可以产生去除血红细胞中A和B抗原的酶。　　在试验中，科学家们分别在200毫升A型、B型和AB型血样中放入这种适量的酶，大约1小时后，这些血样中的抗体就全部消失了。研究报告中写道：“这种方法如果在临床中得到使用，将可以有效改进供血量情况，并且可以提高病人在输血治疗时的安全性。”当然，通过新方法获得的O型血还需要进行人体试验，最终才能在临床上应用。　　现阶段采用的输血程序中存在很大的浪费现象。如在英国，有10%的献血量是被浪费掉的。此外，每单位血液的抽取、筛选和保存要花费120英镑。在英国血液服务中心现存放着4万单位（1单位约379毫升）的血液，也仅够维持5天半的使用，而血红细胞只能保存35天左右，要维持足够的储藏量就只能依靠献血者不断地献血。毫无疑问，改变血型的新方法，在医学上有着广阔的应用前景。