2014年01月17日《科学》杂志精选

封面故事：虚拟粒子周围电子的电荷分布艺术图

Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron

在二氧化钍分子自旋运动测量结果表明：完美的圆度误差必须小于万亿分之一。这一发现有力制约了有关扩展粒子物理的标准模型的建议。（DOI: 10.1126/science.1248213）

将糖诱导出来以推动生物燃料的发展

Nonenzymatic Sugar Production from Biomass Using Biomass-Derived γ-Valerolactone

据一项新的研究报告，得益于一种将糖从干的植物性物质中诱导出来的新技术，用生物燃料取代日益减少的以石油为基础的燃料来源的工作可能会变得容易一些。由 于油价的上涨，像生物燃料这样的替代能源已经变得日益流行。生物燃料是通过将稳定植物细胞壁的纤维素中的糖进行发酵而制备的，但这些糖首先必须得进行释 放，而这是非常困难的。特定的酶可对这一过程有帮助，但科学家们需要想出更多的方法将纤维素分解糖。现在，Jeremy Luterbacher及其同事已经做到了这一点。他们报告了可从在玉米秸秆、硬木和软木的纤维素和半纤维素中高效地产出葡萄糖。为了实现这一壮举，他们 将来自以上这些来源的干性植物物质放入到了GVL中——GVL本身就是一种生物燃料，且这组研究人员在以往的研究中已经证明了GVl能够降解生物质。他们 只是在GVL中加入了适量的水与酸并将这些化合物分解成为葡萄糖—这是用于发酵的燃料。至关重要的是，这些葡萄糖并没有被降解——葡萄糖被降解是使用其它 方法遇到的一个问题——而是为发酵过程完整地留了下来。该小组的经济模型表明，该整个过程就其成本而言可与当前的从生物质中生产乙醇的方法竞争。 （DOI:10.1126/science.1246748）

终于，植物版受体被找到了

Identification of a Plant Receptor for Extracellular ATP

据一项新的研究报告，长期以来踪迹难寻的植物版本的ATP受体终于被发现了，而且它与动物中的ATP受体有很大的不同。ATP是在所有活的生物体中普遍存 在的一种化合物。ATP已知在细胞内充当某种能源，但它在细胞外还有另外一个不太知名的作用：它可协助信号传导--发出对生长和发育重要的信号。植物具有 对ATP的特定的反应：其中一种是细胞中钙浓度的增加。然而，要发生这样的反应，ATP必须首先与其受体结合，而科学家们一直无法发现该受体。（相比之 下，在动物中的与ATP结合的受体则得到了良好的描述。）如今，Jeongmin Choi及其同事在寻找该植物受体上取得了进步。在对开花植物拟南芥进行研究时，他们对拟南芥的变异株进行了遗传筛检--这些变异株不会在ATP存在时触 发预期的钙离子内流。在寻找这些变异株中的使得ATP识别受损的基因时，他们发现了2个基因：dorn1-1 和 dorn1-2。至关重要的是，这些基因编码的受体在结构上与在动物中的ATP受体是不同的。研究人员发现，DORN1——这是表达正常受体的基因——的 表达可在受到ATP处理的植物中恢复正常的钙离子内流。而这反过来也可帮助这些植物从其机体损伤中恢复过来。文章的作者提出，DORN1 ——这是长期追寻的植物中的ATP受体—— 对感知细胞外ATP是至关重要的，它可能在植物的抗应激中扮演着各种角色。（DOI:10.1126/science.343.6168.290）

新西兰山脉的土壤风化没有速度限制

Rapid Soil Production Breaks Global Weathering "Speed Limit" in the Western Southern Alps, New Zealand

在新西兰山区工作的科学家们报告了非常高的土壤风化率，这与先前的研究是矛盾的，因为那些研究提示山区的土壤风化是有速度限制的。因为风化过程可以从大气 中抽提二氧化碳，因此这一发现对科学家们将山区理解为碳汇有着重要的意义。山区是否起着碳汇的作用一直存在着争论。这大体上是因为科学家们对该化学风化过 程——在该过程中，空气中的二氧化碳会与地球表面的化学性化合物起反应并被锁入到这些化合物之中——是如何在山区发生变化的缺乏清晰的掌握，尤其是那些经 常性地因为板块而升高的山区。（该抬升过程会暴露新的岩石和土壤以供风化过程发生作用。）有些人曾经提出，在山体抬升时清除了如此多的风化土壤，其所造成 的侵蚀会因为缺乏原始成分而放缓--从而限制了这些山对碳截留的促成作用。为了弄清楚这一问题，Isaac Larsen及其同事从新西兰的南阿尔卑斯山西部采集了土壤样本；那里有一些世界上抬升最快的山脉。为了测量随着时间推移的风化速度，研究人员评估了一些 特定的元素，如玻元素等，从土壤中的清除情况。研究人员说，与先前的研究——这些研究提示土壤的风化会随着抬升活动增加所致的侵蚀而下降——相反，在这 里，土壤的风化会随着侵蚀的增加而增加。这有可能是因为受到推挤的山体表面并非如所预期的完全与土壤进行了剥离；相反，较潮湿的气候会让它们保持在原位而 发生风化作用。研究人员将他们的土壤风化速度与全世界的数据汇编进行了比较并发现，他们的土壤风化速度是迄今为止最高的风化速度。Larsen等人的工作 帮助量化了板块活动及侵蚀作为全球风化流通的驱动因子的重要性，并因而最终成为对大气二氧化碳的控制因素。它对目前的一个有争议的辩论，即山脉是否对全球 风化、二氧化碳循环及气候有“重要作用”，也具有重要的影响。（DOI:10.1126/science.1244908）

古老的信息素让蜂王蚁后保持主导地位

Conserved Class of Queen Pheromones Stops Social Insect Workers from Reproducing

谈到群居性昆虫，它们中的蚁后和蜂王会通过散发出能让其忠实的工虫不育的化学信号而维持其对生殖的垄断地位。如今，Annette Van Oystaeyen及其同事发现了一类特别的在结构上类似的且具有蜂王蚁后特异性的碳氢化合物，这种化合物可抑制蚂蚁、黄蜂及熊蜂等工虫的生殖—研究人员 提出，这些信息素已经存在了近1亿5000万年，它们会在群居性昆虫中发出生育信号。研究人员研究了沙漠蚂蚁、常见的黄蜂及黄尾熊蜂外骨骼或角质层的化学 特性并发现了数种特别是在蜂王和蚁后中产生的过量的化合物。他们接着在工虫中测试了那些化学物质并发现，即使当它们的蜂王蚁后不在时，饱和碳氢化合物的存 在也会使工虫保持不育。（然而，与此同时，这些昆虫的对照组却会在它们的蜂王和蚁后不在时快速地出现卵巢发育。）Van Oystaeyen及她的同事将他们的发现与90则发表的其它研究进行了比较并对在所有64种不同的物种中一直由蜂王蚁后产生的过量化学物质进行了调查。 他们的发现揭示，饱和性碳氢化合物到目前为止是最常见的由群居性昆虫中的蜂王和蚁后产生的过量化学物质。实际上，他们的研究表明，类似的碳氢化合物曾经由 蚂蚁、黄蜂及熊蜂的单生祖先在数百万年前用来表明它们的生殖状态。综上所述，研究人员的发现意味着蜂王和蚁后的信息素是它们生育能力的真实标志--而工虫 会服从这些信号，因为帮助它们的蜂王蚁后可确保该群体的基因会传递给随后的世代。由Michel Chapuisat撰写的一篇《观点栏目》文章更为详细地解释了这一研究并凸显了其对真社会性（eusociality）古老起源的含义。（DOI:10.1126/science.1244899）