Science本周论文速查4

ThisWeekinScience

Science16Apr:Vol.,Issue,pp.

FIREECOLOGY

CarboncyclingafterborealforestfireAndrewM.Sugden

北半球北部森林的野火活动一直在增加，从生物量和土壤中向大气释放碳，并可能对气候变暖产生反馈。在一项长期研究中，Mack等人分析了野火对阿拉斯加北部森林碳平衡的影响，特别是森林更新模式。火灾发生后，大部分研究地点的物种组成由黑云杉变为针叶树和落叶阔叶树的混合树种。转变为落叶优势的林分比恢复为黑云杉优势的林分储存了5倍多的土壤碳。因此，落叶乔木的功能特性补偿了土壤碳的燃烧损失，表明北方森林火灾对气候变暖的反馈效应可能得到缓解。

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PALEONTOLOGY

EstimatingdinosaurabundanceSachaVignieri

估计一个物种的丰度是现存物种的普遍做法，可以揭示其生态、进化和威胁程度的许多方面。估计灭绝物种的丰度，尤其是那些早已灭绝的物种，是一项更为棘手的工作。马歇尔等人利用现存物种的体型和种群密度之间建立的关系来估计最著名的恐龙之一霸王龙的密度、分布、总生物量和物种持久性等特征，揭示了霸王龙种群生态学以前隐藏的方面。

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SIGNALTRANSDUCTION

CircuitdesignforcontrolofmetabolismL.BryanRay

酵母中的转录控制机制，使细胞能够对营养物质浓度的变化作出反应，这与家用调光开关非常相似。即系统分别控制基因表达是“开”还是“关”，以及基因表达的程度。当酵母需要从代谢葡萄糖转变为代谢半乳糖时，半乳糖反应途径被激活。RicciTam等人发现，酵母使用的不是两个单独的元素来控制开关和调光器，而是使用一个转录因子Gal4p，分别调节其丰度（通过转录调节）及其催化活性（通过与蛋白质结合伙伴的相互作用）。这种调节可能是常见的，并且可以允许在生理和进化时间尺度上对环境作出反应。

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MEMBRANES

One-steppurificationanddesalinationMarcS.Lavine

饮用水的净化可能需要多个过滤步骤和技术来去除诸如盐和重金属等污染物。一些污染物如果回收可能有价值，但这些污染物通常会排放在废物流中。Uliana等人描述了通过将多孔芳香族骨架（PAF）纳米粒子并入离子交换膜（例如由磺化聚合物制成的离子交换膜）中来制造坚固、可调谐、吸附膜的一般方法。使用一系列阳离子和阴离子交换膜除去盐，并且可以选择PAF粒子来捕获特定的目标离子，例如铜、汞或铁的离子。这样可以同时对水进行脱盐和去污。

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QUANTUMNETWORKS

Athree-nodequantumnetworkIanS.Osborne

未来的量子网络将提供开发真正安全通信信道的手段，并将在许多其他基于量子的技术中得到应用。Pompili等人提出了一种基于光子耦合的固态自旋量子比特（金刚石中的氮空位中心）的三节点远程量子网络。两个量子协议在网络上的实现。纠缠分布和纠缠交换，阐明了探索、测试和开发多节点量子网络和量子协议的关键平台。

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2DMATERIALS

TwistedandnematicJelenaStajic

即使在下一个晶格没有的情况下，量子材料中的电子也会打破旋转对称性。这种现象被称为向列性，在许多非常规超导体中都有观察到。曹等人发现，最近发现的超导电性的神奇角度扭曲双层石墨烯也表现出向列性。通过传输测量，观察到旋转对称性的破坏，这表现出特征各向异性。

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TUMORIMMUNOLOGY

SequenceofimmunotherapymattersDanA.Erkes

免疫检查点阻断在各种癌症类型的临床上是成功的，但许多治疗后的患者复发。确定有效的联合疗法，诱导全身抗肿瘤免疫是至关重要的。免疫检查点阻断联合局部放疗可以改善抗肿瘤反应，但这些治疗的顺序如何改变疗效尚不清楚。Wei等人利用小鼠肿瘤模型证明，立体定向全身放射治疗（SBRT）后用抗-PD-1治疗，与SBRT前给予抗-PD-1治疗相比，可产生更好的全身抗肿瘤免疫、abscopal效应和保护作用。这些数据与局部和远处肿瘤中改善的肿瘤内CD8+T细胞反应和降低的CD8+T细胞死亡相关。这项工作为癌症患者SBRT后给予抗PD-1提供了临床前的理论基础。

Sci.Immunol.6,eabg().

IMAGING

Pathogen-specificPETCaitlinCzajka

肠杆菌感染可影响体内不同部位，多重耐药菌株很难诊断和治疗。Ordonez等人使用18F标记的糖醇作为细菌特异性显像剂来检测和监测患者的感染。正电子发射断层扫描（PET）/计算机断层扫描显示，与其他类型的炎症或癌症相比，肠杆菌感染中有选择性地摄取示踪剂。抗生素治疗后，患者药物敏感部位的信号降低。作者还表明，在仓鼠模型中，这种显像剂可以区分细菌感染和严重急性呼吸综合征冠状病毒2型，支持其用于细菌特异性显像。

Sci.Transl.Med.13,eabe()

QUANTUMCOMPUTING

CombattingnoiseontheplatformPhilSzuromi

量子计算机解决经典计算机难以解决的问题的潜力推动了硬件制造的进步。在实际应用中，实现量子计算机的主要挑战是一般的多粒子量子态对噪声非常敏感，这不可避免地导致量子算法的错误。一些噪声源是当前材料平台固有的。deLeon等人回顾了五种量子计算机平台的材料挑战，并提出了解决方案的方向。

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MICROBIALGENOMICS

MiningwildanimalmicrobiomesLauraM.Zahn

我们才刚刚开始研究与其他有机体有关的大量细菌。Levin等人从四个不同大陆采集了种野生动物的粪便样本，包括鱼类、鸟类和哺乳动物，以调查肠道细菌的多样性（见Lind和Pollard的观点）。他们发现了多种以前未描述的细菌种类，并确定了与微生物群的组成、多样性和功能含量相关的因素。支持特定细菌与动物生活方式的联系，他们从狮鹫的肠道中鉴定出蛋白酶，一些以前未被描述的蛋白酶，可以分解腐肉中可能存在的毒素。

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NEUROSCIENCE

RecordingmanyneuronsforalongtimePeterStern

慢性记录的最终目的是在数天或数周内从同一个神经元取样。然而，对于大量神经元来说，这一目标很难实现。Steinmetz等人描述了神经固定素2.0的开发和测试。这种新的电生理记录工具是一种小型化、高密度的探头，用于急性和长期实验，结合了先进的软件算法，实现了全自动的事后计算稳定。该技术还提供了一种策略，用于将记录站点的数量扩展到可用记录通道的数量之外。在自由活动的动物身上，极大量的单个神经元可以用同一个探针追踪数周甚至数月。

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NEURODEVELOPMENT

MoreisnotalwaysbetterPamelaJ.Hines

X连锁基因的突变通常对男性个体的影响大于女性个体，但X染色体上的原钙粘蛋白-19基因（PCDH19）却具有相反的特征。PCDH19细胞粘附分子的突变导致认知障碍，对女性的影响大于男性。Hoshina等人研究了具有PCDH19突变的小鼠，发现PCDH19和另一种细胞粘附分子之间的不匹配会导致大脑苔藓纤维形成突触时出现问题（见Shohayeb和Cooper的观点）。在杂合子环境中，突变体PCDG19将伴侣细胞粘附分子隔离成功能失调的复合物。在半合子环境中，就像在男性中一样，足够多的伴侣细胞粘附分子自由游荡，进行功能性相互作用。

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CORONAVIRUS

PatternsandbottlenecksCarolineAsh

在严重急性呼吸综合征冠状病毒2型大流行一年后，我们正在经历一波新的变异出现。其中一些变异具有令人担忧的功能影响，如增加了遗传性或抗体治疗逃逸。Lythgoe等人对医院患者的分离株进行了深入的测序，以找出病毒在个体内如何变异。总的来说，宿主内病毒多样性的模式似乎是一致的和可重复的。作者在大多数样本中只观察到一个或两个变异，但少数携带许多变异。尽管证据表明有很强的净化选择，包括负责病毒进入的棘突蛋白，作者也看到了与家庭和其他可能的超级传播者事件有关的传播集群的证据。在传播之后，大多数变种都失败了，但偶尔也有一些开始持续传播和广泛传播。

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GUTPHYSIOLOGY

GobletcelldiversityCarolineAsh

一个成年人的肠道表面积平均为30平方米，每天都受到外来生物和微生物的攻击。杯状细胞合成的粘液提供保护性屏障涂层。Nystr?m等人发现沿肠道长度方向杯状细胞并不完全相同；相反，它们根据位置形成不同的功能群。小肠粘液中含有抗菌肽，对小分子具有渗透性；下游产生较厚的粘液，排除细菌和外源性物质。黏液从地穴内的杯状细胞渗出，形成浓密的羽流，以保护干细胞的生态位。隐窝之间是高度分化的杯状细胞，产生通透性粘液。这两种粘液共同形成一个网络，为肠上皮提供庇护。然而，如果叶间杯状细胞功能失调，暴露的上皮细胞暴露于细菌中，易患结肠炎。

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QUANTUMSIMULATION

AminimalWeylsemimetalJelenaStajic

许多化合物现在被鉴定为Weyl半金属，这种材料具有一种不寻常的电子能带结构，其特征是所谓的Weyl点。Weyl点总是成对出现，但迄今为止研究的固态材料至少有四个。Wang等人在光学晶格中捕获的超冷原子气体中设计了一个具有最少Weyl点（2）的Weyl半金属态（见Goldman和Yefsah的透视图）。为了做到这一点，研究人员必须在这个系统中创建三维自旋-轨道耦合。由此产生的能带结构的相对简单性将使我们更容易观察到与这种状态相关的不寻常的效应。

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PALEONTOLOGY

PaleontologyforconservationSachaVignieri

人类活动导致了广泛的物种和系统的衰退。防止这种下降，使我们集中精力保护物种或保护生态系统功能。回顾过去物种和系统变化的模式，可以帮助我们了解这些战略的长期影响。Blanco等人研究了伊比利亚半岛上近万年来的哺乳动物，发现了长期的功能停滞，即使在分类变异面前（见Roopnarine和Banker的观点）。功能生态系统对生态系统的崩溃更具抵抗力。

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MAGNETISM

AgappedspinliquidJelenaStajic

量子自旋液体避免了传统的磁有序降到最低温度。在这种物质状态的候选者中，κ-（BEDT-TTF）2Cu2（CN）3等有机盐是突出的。Miksch等人利用电子自旋共振来研究这种材料，以阐明其基态的性质。与预期的无间隙态不同，自旋磁化率的温度依赖性表明了自旋隙的形成。

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OCEANMICROBIOLOGY

GenomesrevealnutrientstresspatternsMichaelA.Funk

在表层海洋中，氮、铁和磷都可以限制浮游植物的营养，这取决于位置。Ustick等人利用参与营养素获取的原绿球藻基因的流行性，绘制了全球海洋中推断的营养素胁迫图（见Coleman的透视图）。他们发现广泛的限制模式与地球系统模型和营养添加实验一致。以这种方式利用宏基因组数据是一种很有吸引力的方法，这将有助于扩大我们对广阔公海中生物地球化学的理解。

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KINASES

mTORC2markskinasesformaturityWeiWong

AGC家族激酶如Akt和蛋白激酶C（PKC）的活性需要在不同的位点发生多个磷酸化事件。Baffi等人在Akt和PKC中发现了一个进化上保守的基序，称为雷帕霉素靶（TOR）相互作用基序（TIM），该基序的磷酸化是雷帕霉素复合物2（mTORC2）哺乳动物靶中激酶TOR激活所必需的。mTORC2对PKC-TIM的磷酸化作用取消了新合成的PKC的二聚作用，最终导致活性的充分发挥。这些结果突出了目前临床开发的TOR激酶抑制剂的潜在负面影响。

Sci.Signal.14,eabe().

MATERIALSSCIENCE

ChangingthebalanceJosephC.Prestigia