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2013:《Science》上的中国声音(上)

来源:  发布时间:2014-06-10

姜 莹

    

   美国的《Science》杂志为国际上著名的自然科学综合类学术期刊,在世界学术界享有盛誉。2012年《Science》杂志的影响因子为31.027,排名在所有科学期刊的第16位。由于其独特的学术地位,国内许多科研院所为鼓励学术人员在该刊发表文章,都制定了优厚的奖励措施。
   《Science》杂志创刊于1880年,具有新闻杂志和学术期刊的双重特点,每周除向世界各地发布有关科学技术和科技政策的重要新闻外,还发表全球科技研究中有最显著突破的研究论文和报告。
   《Science》杂志发表的论文涉及所有科学学科,特别是物理学、生命科学、化学、材料科学和医学中最重要的、最激动人心的研究进展。据统计,发表的论文中60%有关生命科学,40%是属于物理科学领域的。每年《Science》杂志还出版大约15期专辑,展示某一专门领域的最新成果,例如生物技术、寄生虫学、纳米技术、计算机技术等。除高水平的论文外,每期专辑还发表有关科技职业的专题文章和以不同国家、地区为对象的专栏。
   除了为发表全世界最好的科学论文和报道全球最好的科学新闻而努力外,《Science》杂志还有三个特别重要的目标:
   *将《Science》杂志和科学带入更多的发展中国家的科学工作者的家中和实验室里;
   *帮助世界各地青年科技工作者更多地了解今后十年最重要的科技发展趋势、最新的科学仪器和技术以及科技职业的选择;
   *用电子手段传播科技信息,进一步提高信息质量,并且通过与发展中国家和发达国家的团体合作利用计算机互联网传送杂志,降低发行成本。
   1995年,《Science》杂志与时俱进,实现了上网,即科学在线《Science Online》,提供《Science》杂志全文、摘要和检索服务。特别要注意的是:网络版是印刷版的补充,而不是替代。网络版上许多内容是免费的,如《今日科学》(Science Now)报道每日科学新闻;《科学后浪》(Science Next Wave)给未来科学家提供职业信息;《科学事业》(Science Careers)提供就职机会、会议和研究活动信息;《科学资源》(Science Resources)倡导在线创新;《科学电子市场》(Science’s E - marketplace)提供当前产品信息。
   2013年度,我国科研团队(不含客座或兼职教授)共在《Science》发表研究性论文31篇。研究内容涵盖物理学、生命科学、化学、材料科学和医学等学科领域。值得一提的是,来自中国农业科学院哈尔滨兽医研究所的陈化兰研究员两个月内在《Science》上连发两篇文章,解析禽流感病毒重配机制和传播可能性。2013年12月19日出版的《自然(Nature)》杂志评选出2013年年度十大科学人物,陈化兰研究员因禽流感病毒研究方面的卓越成绩而榜上有名。同样,来自清华大学生命科学学院的柴继杰教授和来自中国科学院微生物研究所的高福院士也在《Science》上发表了2篇论文。值得一提的是,来自中国农业大学理学院的张葳葳老师及其合作者,打破经典,标新立异,理论预测了多种其他成分比化合物的存在,并实验合成了经典化学理论所不允许的Na3Cl和NaCl3两种化合物。理论预测和实验现象高度契合,确定了违背八电子规则的反常计量比化合物的存在,这挑战了基础化学理论,开创了化学研究新领域。

    
杨学明  院 士
中科院大连化学物理研究所

 

   在美国加州大学圣巴巴拉分校获博士学位,曾先后在美国普林斯顿大学、加州大学劳伦斯伯克利国家实验室进行博士后研究工作。现任中国科学院大连化学物理研究所副所长,所学位委员会主任,分子反应动力学国家重点实验室主任,973项目首席科学家,研究员,博士生导师。2011年当选为中国科学院院士。
   杨学明一直以来从事分子光谱以及化学动力学领域的实验研究工作。过去20年中,他利用自行研制和原创的一系列国际领先的科学仪器,在化学反应动力学研究方面取得了系列性的、备受国际瞩目的重要研究成果。他的系列性研究工作将化学反应动力学实验研究推到了前所未有的高水平上,并通过与理论学者的合作,解决了化学动力学研究领域长期存在的一些科学难题,在反应过渡态动力学以及非绝热动力学研究方面作出了重要贡献。


孙志刚  研究员
中科院大连化学物理研究所


   2000年于大连理工大学获学士学位,2005年于中科院大连化学物理研究所获博士学位,博士毕业后先后在新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学和美国杜克大学从事博士后研究,于2010年6月回所工作,2011年获中国科学院“百人计划”择优支持。
   研究工作主要涉及利用和发展量子波包的相关算法来研究分子动力学领域中有重要意义的问题,如对三原子反应散射中的共振态、非统计效应以及同位素效应的研究,使用量子波包方法模拟分子的非线性光谱——包括飞秒拉曼光谱和二维红外光谱,发展更加有效的量子波包方法来研究超短激光脉冲作用下原子和小分子中的电子动力学,研究工作还涉及发展更加有效的演化算符来数值求解薛定谔方程。曾获得院优秀博士论文奖、院长优秀奖和中国百篇最具影响优秀国际学术论文奖。
   F+HD→HF+D反应中只能通过反应物振动激发探测的反应共振态
   通过窄线宽的OPO激光,利用Stark-induced adiabatic Raman Passage (SARP)技术高效制备振动态激发分子, 对HD分子从(v=0, j=0)到(v=1, j=0)的激发取得了高于91%的效率(J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 368-371)。但是由于该技术需要高度聚焦的激光束,限制了总激发效率,致使该技术无法在交叉分子束实验中得到应用。利用受激Raman激发在分子束中高效制备振动激发态氢分子的技术,使得在交叉分子束中研究HD(v=1)散射动力学成为可能。
   利用该实验技术,对F+HD(v=1)反应进行研究。F+H2/HD是经典的放热三原子反应,理论研究证实实验所观察到的振动现象是由束缚在产物HF(v’=4) 绝热振动曲线上的两个共振态所引起的。更有意义的是,研究发现HF(v’=4) 绝热振动曲线在反应物端与HD(v=1)态相关联,因而它们只能通过HD的振动激发来探测,而不能通过平动能的增加而进入。这项工作表明,对于化学反应,分子振动激发不仅提供能量,也能开启新的反应通道,使我们能观察到在基态反应中所无法观察到的共振现象,对提高我们对化学反应本质机理的认识有着非常重要的意义。
   译文来自:Science 20 December 2013: 1499-1502

 

范衡宇  教 授
浙江大学生命科学研究院

 

   东北农业大学生物工程系学士、东北农业大学生命科学学院动物组织胚胎学硕士、中国科学院动物研究所生殖生物学博士。在美国德克萨斯大学西南医学中心(UTSW)分子生物学系进行博士后研究。2006年在美国贝勒医学院(Baylor College of Medicine)分子与细胞生物学系获博士后学位。主要研究哺乳动物卵巢功能的分子调节机理以及卵巢相关疾病的发生机理。长期从事哺乳动物生殖生物学研究,并在该领域取得一系列重要成果。最早克隆了模式生物非洲爪蟾的Separase基因,并研究了该基因在减数分裂染色体分离过程中的作用,以及细胞周期过程中Separase蛋白酶活性的调节机制。在卵巢癌相关基因的研究中,发现抑癌基因PETN在调节卵泡生长、卵泡闭锁、排卵数目和黄体细胞寿命等方面具有重要作用。发现癌基因KrasG12D诱导卵泡发育异常,导致雌性动物生殖力下降,发生卵巢早衰。建立了卵巢颗粒细胞癌和浆液性卵巢上皮细胞癌的小鼠模型,发现了PTEN和KrasG12D在诱导卵巢上皮细胞癌中的重要作用。为人类中女性卵巢早衰和不孕不育的病因提供新的理解。
   一种称为CRL4的蛋白质复合体对维持卵子的活性的重要作用
   CRL4蛋白质复合体在小鼠卵子中含量特别丰富。这一发现提示,CRL4蛋白质复合体可能在卵子中具有重要功能。利用基因敲除技术,阻止小鼠卵子中CRL4蛋白质复合体的生成,实验研究结果显示,这些小鼠表面上看起来非常健康,却完全失去了生育能力。它们的卵母细胞在出生之后很快就凋亡了,并出现了与人类卵巢早衰相类似的症状。这些卵子即使受精以后,也不能发育成正常胚胎,导致了早期流产。
   实验结果证实,CRL4蛋白质复合体不但能维持卵子的存活,也是受精以后早期胚胎的发育所必需的。经过进一步的生化研究,揭示了CRL4蛋白质复合体从中发挥效用的机制,它能调节卵子中一个催化DNA去甲基化的酶TET,从而保证卵子受精以后发育胚胎,使胚胎基因组正确重编程,从而使胎儿正常发育。
   译文来自:Science 20 December 2013: 1518-1521

 

张葳葳  教 授
中国农业大学理学院

 

   在吉林大学物理系获学士学位,随后在吉林大学超硬材料国家重点实验室获硕士和博士学位。2004年在中国科学院物理研究所极端条件重点实验室进行博士后的研究工作。研究方向为高压物理,凝聚态物理,光谱物理,半导体物理,生物物理。


钠氯间反常计量比化合物


   八电子规则指出,原子之间形成化合物的时候,通过电子转移,共享电子对而使每一个原子都具有惰性气体的八电子稳定结构。依据这一规则,一个Na转移最外壳层的一个电子到一个Cl最外壳层上,而使每对Na,Cl都有稳定的八电子外层结构,形成化合物氯化钠,由此1:1配比的NaCl长期以来被教科书公认为Na,Cl之间能够稳定存在且唯一稳定存在的化合物。然而,研究小组理论预测发现,在超高压下,Na和Cl之间还可以形成除了NaCl以外的其它成分比的化合物,诸如Na3Cl、Na2Cl、Na3Cl2、NaCl3、NaCl7等,这些化合物是经典化学理论框架下断然不被允许的。根据理论预测结果,在实验室的超高压条件下,研究小组合成了Na3Cl和NaCl3两种化合物,并发现这两种化合物在低至20GPa时,仍然稳定存在,理论预测和实验现象的高度吻合确保结论的合理无误。
   译文来自:Science 20 December 2013: 1502-1505


柴继杰  教 授
清华大学生命科学学院


   1987获得大连轻工业学院化学工程系学士学位,在1997年获得中国协和医科大学药物分析学博士学位。随后分别在中科院生物物理研究所和普林斯顿大学进行博士后的研究工作。
   关注并研究在生物学及药学应用中的重要大分子结构与功能。主要通过蛋白晶体衍射的方法及一些细胞生物学、生物化学等手段阐述这些生物大分子在结构和功能上的联系。领导的实验室并不局限于已建立的研究框架,还在与北京生命科学研究所的其他研究小组合作,开展联合研究项目。一个正进行的研究方向将关注于组蛋白的共价修饰调控基因转录的分子机制,主要集中于组蛋白甲基化及去甲基化酶催化机理的研究。另外,一些调控蛋白如何特异性识别不同的组蛋白的共价修饰也属于其研究范围。实验室另外的一个研究的领域是有关病原菌与宿主间的相互关系。在植物与动物体中,都编码一类高度保守的蛋白质——NBS-LRR蛋白。这类蛋白对动植物种的免疫反应都具有很重要的作用。


细菌模式分子鞭毛蛋白活化拟南芥模式识别受体FLS2及共受体BAK1复合物的结构基础

 

   通过解析FLS2胞外区和BAK1胞外区与植物致病菌丁香假单胞菌鞭毛蛋白保守基序flg22复合物结构,阐明了FLS2胞外区通过其螺线状凹面的连续B片层来识别flg22;结构也提示共受体BAK1仅仅通过N端帽子接触flg22表位的C末端,并且共受体BAK1与FLS2形成广泛的直接相互作用,提示其可能先形成预复合物,以利于对病原菌的侵入做出快速反应。从体外生化和植物体内实验也验证了flg22激活FLS2的机理:当植物宿主细胞感受到细菌鞭毛蛋白时,细菌鞭毛蛋白通过诱导植物细胞膜上的FLS2和BAK1形成异源二聚化来完成配体感应并激活下游防卫反应信号通路。复合物结构也使我们对可以作为许多植物受体共受体的SERK家族功能有了更深的了解。
   FLS2LRR-flg22-BAK1LRR是第一个被解析的植物LRR模式识别受体复合物结构。在模式生物拟南芥中有至少含有200多个富含亮氨酸重复的受体激酶(在水稻中大约有600多个),这类LRR-RLKS参与了多种多样的生物过程:调控分生组织的生长、抗病性、激素信号传递和组织发育等。
   译文来自:Science 1 November 2013:624-628


卢柯  院 士
中国科学院金属研究所

 

   著名材料科学专家,中国科学院院士,中国科学院金属研究所原所长、研究员。主要从事金属纳米材料及亚稳材料等研究。获国家专利6项,国际专利1项;在国际重要学术刊物上发表论文150余篇;多次在国际会议上作特邀报告;研究方向:纳米金属材料的多级结构设计,制备与加工技术,力学性能表征与分析,物理化学性能,结构稳定性等,重点研究纳米孪晶结构、梯度纳米结构等多级纳米金属材料的结构-性能关系及使役行为,并探索其工业应用。
   获第一届中国年度青年科学家奖;桥口隆吉奖;全国先进科技工作者;中国青年“五四”奖章;第三世界科学院TWNSO技术奖;何梁何利基金技术科学奖;全国劳动模范;国际亚稳及纳米材料年会 (ISMANAM) 金质奖章和杰出青年科学家奖;国家自然科学奖三等奖;中国青年科学家奖;香港求是基金会“杰出青年学者奖”(物理类);中国科学院自然科学奖一、二等奖;中国科学院青年科学家奖。2009年获辽宁省自然科学一等奖;2010年获美国材料研究学会MRS Fellow;2011年获德国洪堡研究奖。

在金属中发现超硬超高稳定性新型纳米层片结构

 

   研究表明,塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度可有效提高位错增殖及储存位错密度,从而促进晶粒细化进程。利用表面机械碾磨处理在金属纯镍棒表层实现了高速剪切塑性变形,这种塑性变形可在材料最表层同时获得大应变量、高应变速率和高应变梯度。随着距表面深度增加,应变量、应变速率和应变梯度呈梯度降低,形成呈梯度分布的微观结构。在距离表面10-50微米深度形成了具有小角晶界的纳米层片结构,层片平均厚度约为20nm,比纯镍中的变形晶粒尺寸极限小一个数量级,其硬度高达6.4GPa,远远超过其他变形方式细化的纯镍硬度。测量表明,纳米层片结构的结构粗化温度高达506℃,比同成分材料超细晶结构晶粒粗化温度高40℃。纳米尺度的层片厚度是超高硬度的本质原因,而高热稳定性源于其中的平直小角晶界和强变形织构。这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用以提供其耐磨性和疲劳性能。
   译文来自:Science 18 October 2013: 337-340

高福  院 士
中国科学院微生物研究所
  

   1983年毕业于山西农业大学,1986年北京农业大学获硕士学位,1995年英国牛津大学获博士学位。先后在加拿大卡尔加里大学、英国牛津大学,美国哈佛大学/哈佛医学院从事博士后研究工作。2001-2004年任英国牛津大学讲师、博士生导师、研究组长。2004-2008年任中国科学院微生物研究所所长。2008年至今任中国科学院病原微生物与免疫重点实验室主任。2010年至今任牛津大学客座教授。2011年5月至今任中国疾病预防控制中心副主任。2013年12月当选中国科学院院士。
   高福的主要研究方向为病原微生物跨种间传播机制与分子免疫学,主要从事T细胞识别、流感病毒等囊膜病毒侵入的分子机制、禽流感等动物源性病原跨种间传播的机制研究等。

人类感染H7N9病毒血凝素的结构和受体结合特性

 

   H7N9是一种在家禽中具有低致病性禽流感病毒(LPAI)。病毒表面糖蛋白hemagglutinin (HA)负责宿主受体结合,是病毒宿主“跳跃”的主要决定因素。近期的研究证实,禽流感H5N1病毒HA发生Q226L置换赋予了其人类受体结合能力,同时大大减小了与禽类受体结合的能力。因此,观察到流感病毒的受体转换引起了人们对于人类流感大流行的担忧。值得注意的是,除了上海较早期的一种病毒分离株SH-H7N在226位点保留了谷氨酰胺,在大多数的分离病毒株,例如在安徽省发现的AH-H7N9中均观察到有天然存在的Q226L置换。这些研究发现使得科学家们推测,AH-H7N9谱系病毒有可能获得了高亲和力人类受体结合特性。
   通过分析了来自SH-H7N9和AH-H7N9两种人类H7N9病毒分离株hemagglutinin (HA)受体的结合性质特征,发现SH-H7N9 HA会优先结合禽类受体类似物,而AH-H7N9 HA则可结合禽类与人类受体类似物。此外,研究人员发现一种AH-H7N9 突变体HA(L226Q)具有双受体结合特性,表明还有其他的氨基酸置换有助于受体结合转换。通过分析SH-H7N9 HA、AH-H7N9 HA以及突变体与禽类或人类受体类似物所形成的复合体的结构,研究人员揭示了AH-H7N9既能够结合人类受体,又保留了禽类受体结合特性的机制。
   译文来自:Science 11 October 2013: 243-247    

 

吴蓓丽  研究员
中国科学院上海药物研究所

 

   2001年毕业于北京师范大学,获得生物化学专业学士学位。同年进入清华大学生物科学与技术系攻读博士学位,于2006年获得生物物理专业博士学位。2007年加入美国Scripps研究所Ray Stevens博士的研究小组,开始博士后研究工作。2011年入选中国科学院“百人计划”,现任上海药物研究所研究员。主要从事G蛋白偶联受体(GPCR)的结构生物学研究,研究工作集中在以下几个方面:1、GPCR高分辨率晶体结构解析;2、GPCR三维结构与功能关系的研究;3、基于GPCR结构的药物设计与研发。


蛋白质分子结构揭示艾滋病毒(HIV)感染人体细胞的机制


   CCR5和CXCR4均属于人体内最大的受体蛋白家族——G蛋白偶联受体(GPCR)。由于GPCR蛋白表达难度大,获得足够量的用于结构研究的蛋白质样品非常困难;并且,由于GPCR蛋白构象不稳定,获得可用于X射线衍射的蛋白质晶体也极具挑战。与CXCR4相比,CCR5的结构解析需要克服更多的困难,经过大量的筛选和优化工作,利用一种新的融合蛋白稳定了CCR5蛋白的构象,最终获得了高质量的蛋白质晶体,成功解析了CCR5的三维结构。
   CCR5的三维结构信息揭示了其抵抗艾滋病毒结合的精细构象,以及马拉维若在受体分子中的精确结合位点。虽然该结合位点与公认的艾滋病毒结合位点不同,且与CCR5天然配体的作用区域也不相同,但药物分子仍可有效地抑制受体的功能,因此,马拉维若可能是通过间接机制抑制CCR5与艾滋病毒的结合,即不直接与病毒竞争结合CCR5,但通过其与CCR5的结合改变CCR5的分子构象,使其处于艾滋病毒非敏感状态,从而实现阻断CCR5与病毒结合的功效。
   译文来自:Science 20 September 2013: 1387-1390


袁锋  研究员
中国科学院上海天文台

 

   1991年本科毕业于山东大学物理系,1997年获中国科技大学理学博士学位。1998年起至2005年先后在南京大学、德国马普射电天文研究所、美国哈佛大学、普渡大学进行博士后研究工作。2005年入选中科院“引进海外杰出人才”(百人计划),上海天文台研究员。2008年获国家杰出青年基金以及首届“中科院上海分院杰出青年科技创新人才”称号。享受政府特殊津贴。现任上海天文台星系宇宙学中心主任,台学术、学位委员会委员。兼任厦门大学双聘教授和中国科技大学博士生导师。
   目前主要研究兴趣包括:黑洞吸积以及喷流理论、活动星系核、黑洞X射线双星、伽马射线暴、以及活动星系核反馈,研究方法包括解析和数值模拟。目前主持的项目包括国家基金委重点项目、杰出青年基金、以及上海市学科带头人项目等。

关于银河系中心黑洞吸积流的重要研究结果

 

   黑洞吸积流研究中长期存在的一个争论问题是关于外流是否存在。这一问题之所以重要,首先因为它是吸积物理的基本问题,其次它还决定了活动星系核反馈的效率,而后者被认为是研究星系形成与演化的一个关键问题。通过对于铁发射线的研究证明外流的确存在。具体来说,吸积流在往黑洞视界下落的过程中,大约99%的气体都以外流的形式跑掉了,只有1%的气体最终落入黑洞。这一研究表明,与一般想象的完全不同,大部分进入黑洞“势力范围”的气体最终却没能落入黑洞视界,而是以外流的形式逃逸了。
   译文来自:Science 30 August 2013: 981-983

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