病毒、显微镜、快速射电暴：惊艳2020年的十大研究发现
聚焦2020年的“新闻与观点”文章亮点
来源：日本神冈天文台/宇宙射线研究所/东京大学
打破物质-反物质对称性
——Silvia Pascoli & Jessica Turner
T2K（东海到神冈）协作项目报告了轻子类粒子打破粒子-反粒子镜像对称性（也成为CP对称性）的可能结果。轻子CP破缺可以用中微子进行搜索。中微子具有三种不同的类别（味），具体取决于其相关的带电轻子（电子、μ子和τ子），可以在传播过程中从一种味转换为另一种味。如果CP对称性守恒，那么从μ子中微子到电子中微子的转换振荡概率应该与反μ子中微子到反电子中微子的转换振荡概率相同。在T2K试验中，中微子（或反中微子）穿过地球295千米，被日本神冈天文台的地下探测器（如图）探测到。这项实验测量了μ子中微子到电子中微子转换的振荡概率。实验结果以95%的置信度排除了CP守恒，可能是指示宇宙中物质-反物质不对称性起源的首个标志。原始研究：Nature 580, 339–344 (2020) 【相关阅读：打破物质与反物质的镜像对称性：轻子或存在对称性破缺】
《自然》论文：Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations
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臭氧层恢复让急流停止转向
——Alexey Yu. Karpechkor
上世纪80年代中期，研究人员在春季南极上空发现了一个臭氧层空洞，揭示了人造的消耗臭氧的物质（ODS）所构成的威胁。南极臭氧洞的位置在海拔约10千米到20千米，臭氧洞也会影响一直到南半球地表的大气环流，尤其是通过让夏季急流向极地移动。1987年的《蒙特利尔议定书》及其后来的修正案禁止生产和使用ODS。因此，大气中的ODS浓度开始下降，并已出现臭氧层修复的初始迹象。Banerjee等人报道，自臭氧层修复开始，与臭氧洞相关的环流效应已经暂停。此前也出现过环流效应的暂停，但Banerjee等人首次将其正式归因于《蒙特利尔议定书》的作用。原始研究：Nature 579, 544–548 (2020)
《自然》论文：A pause in Southern Hemisphere circulation trends due to the Montreal Protocol
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爱尔兰史前墓地发现精英乱伦
——Alison Sheridan
来源：Ken Williams。
Cassidy等人研究了农耕聚落的社会结构，主要研究对象是通道墓中的埋葬者。爱尔兰最著名的通道墓是巨大无比的纽格莱奇（Newgrange）墓（如图）。建筑设计采用了复杂的工程技术，确保位于狭长石板通道尽头的墓室，能在每年冬至前后的日出时分被照亮几分钟。对人体遗骸古DNA的分析揭示了一例罕见的乱伦事件。约5000年前葬于纽格莱奇墓的一位男性是一级亲属乱伦的后代：他的父母要么是亲姐弟或亲兄妹，要么是母子或父女。这个结果让研究人员推测：长眠在这座宏伟古墓里的权贵曾把乱伦当作维系王室血统的方式。原始研究：Nature 582, 384–388 (2020)。【相关阅读：“贵圈真乱”：新石器时代爱尔兰的精英乱伦】
《自然》论文：A dynastic elite in monumental Neolithic society
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卫星或将绘制地球上所有树木的地图
——Niall P. Hanan & Julius Y. Anchang
Brandt等人报道了他们对高分辨率卫星图像的分析结果，这些图像覆盖了西非西撒哈拉和萨赫勒地区130多万平方千米的土地。作者绘制了逾18亿个个体树冠的位置和大小——此前从未在如此大面积土地上对树进行过这种规模的定位。商用卫星已经开始采集能捕捉到大小在1平方米或以下的地面物体的数据。这能让陆地遥感领域迈上根本性飞跃的台阶：从关注景观层面的整体测量数据到有潜力在大片区域或全球尺度上绘制每颗树的位置和树冠大小。观测能力的提升无疑将从根本上改变我们思考、监测、模拟、管理全球陆地生态系统的方式。原始研究：Nature 587, 78–82 (2020)。【相关阅读：卫星点名，没你不行：全球树木普查来了！】
《自然》论文：An unexpectedly large count of trees in the West African Sahara and Sahel
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激活潜伏的艾滋病病毒
——Mathias Lichterfeld
艾滋病病毒（HIV）会以“潜伏”的形式藏匿在病毒储存库细胞中，基本不会发生转录，所以不会被免疫系统发现。“激活并杀死”（shock and kill）疗法旨在逆转这种潜伏，增加病毒基因表达（激活），让病毒储存库细胞能轻易被免疫系统清除（杀死）。两个团队描述了对动物模型的干预策略——可能是迄今报告的最有力、最容易重复的激活策略。Nixon和同事使用了一种名为AZD5582的药物，这种药物能激活转录因子NF-κB——这是触发HIV-1基因表达的一个主要因子。McBrien等人联合使用了两种免疫干预策略：抗体介导的CD8+ T细胞（能降低病毒转录水平的免疫细胞）的清除以及使用N-803药物激活HIV-1的转录。除了推动相关进展外，这两项研究还揭示了与药物逆转潜伏相关的概念和技术挑战。原始研究：Nature 578, 154–159 (2020)；Nature 578, 160–165 (2020)。
改造挑食者
——Jessica L. Zung & Carolyn S. McBride
来源：Benjamin Fabian
果蝇Drosophila sechellia只吃有毒的诺丽果（Morinda citrifoli）。与它的泛食者亲缘物种相比，是什么让这个物种如此挑食？Auer等人利用基因组编辑工具CRISPR–Cas9破解了这个谜案。相比其他果蝇物种，D. sechellia体内有着更丰富的能表达嗅觉受体22a（Or22a）蛋白质的一类感觉神经元。研究表明，Or22a的氨基酸序列的微小改变造成了D. sechellia对诺丽果的偏爱。他们还鉴定出了可能促进了这种看似简单的行为转变的多个其他演化改变。即使是喜爱臭味水果的小果蝇，也能增进我们对大脑如何通过演化形成复杂行为的认识。原始研究：Nature 579, 402–408 (2020)。
《自然》论文：Olfactory receptor and circuit evolution promote host specialization
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来自银河系的快速射电暴
——Amanda Weltman & Anthony Walters
《自然》发表的三篇论文报道了来自银河系的一个快速射电暴（FRB）。有意思的是，这次的快速射电暴还伴随了X射线爆发。这一发现是通过集合多个太空和地面望远镜的观测结果而实现的。“快速射电暴”的名字非常直观：它是持续时间只有大概几毫秒的无线电波的明亮爆发。快速射电暴于2007年首次被发现，它们转瞬即逝的特性使得对它们的探测以及确定它们在天空中的位置非常难。这次的快速射电暴是首次探测到无线电波以外的辐射，也是首次在银河系中发现的与一颗磁陀星（恒星遗迹）有关的快速射电暴——这证明了磁陀星可以产生快速射电暴。原始研究：Nature 587, 54–58 (2020)；Nature 587, 59–62 (2020)；Nature 587, 63–65 (2020)。
冷冻电镜达到原子分辨率
—— Mark A. Herzik Jr
来源：Mark Herzik。
结构生物学的一个基本原则是：一旦研究人员能以足够的细节直接观测大分子，就有可能理解它们的3D结构是如何决定功能的。Yip等人和Nakane等人在《自然》发文，报道了利用单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术获得的迄今最清晰的图像，首次实现了对蛋白质的单原子进行定位。针对之前冷冻电镜成像技术对图像分辨率的限制，两支团队使用的硬件解决了不同方面的问题。这些技术让冷冻电镜成像的信噪比增加，这将扩大这项技术的适用范围。融合这些技术或能让冷冻电镜结构达到比1埃（ångström）还高的分辨率——这曾被认为是无法达到的成就。原始研究：Nature 587, 157–161 (2020)；Nature 587, 152–156 (2020)。【相关阅读：打开全新“视”界：冷冻电镜成像技术首达原子分辨率】
《自然》论文：Atomic-resolution protein structure determination by cryo-EM
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《自然》论文：Single-particle cryo-EM at atomic resolution
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干扰素缺失可导致新冠肺炎重症
——Eric Meffre & Akiko Iwasaki
Zhang等人和Bastard等人阐明了一个影响新冠肺炎感染是否会发展成危重症的主要因素——干扰素蛋白质缺失，具体说是I型干扰素（IFN-I）。这类干扰素缺失可能源于编码关键抗病毒信号分子的基因的遗传突变，也可能由于与IFN-I结合并“中和”IFN-I的抗体的产生。有缺陷的IFN-I应答如何导致新冠肺炎危重症？最直接的解释是IFN-I缺失会引起不受控的病毒复制和扩散。不过，IFN-I缺失也可能对免疫系统功能有其他影响。诱导IFN-I产生的通路存在遗传突变的个体适合提供干扰素的疗法。另外，有IFN-α和IFN-ω中和抗体的人可能更适合能提供其他类型干扰素的疗法，比如IFN-β和IFN-λ。原始研究：Science 370, eabd4570 (2020); Science 370, eabd4585 (2020).
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2020年最受欢迎的“新闻与观点”在线文章。
“战斗或逃跑”催生白发
——Shayla A. Clark & Christopher D. Deppmann
压力对白发的相对贡献尚不清楚。发色是由黑色素细胞决定的，这些细胞来自位于毛囊隆突（bulge）区的黑色素干细胞（MeSC）。张兵等人报道，能刺激隆突活动的交感神经系统的神经元会释放去甲肾上腺素——一种参与“战斗或逃跑”反应的神经递质分子。极端压力或高水平的去甲肾上腺素暴露，会让黑色素干细胞的增殖和分化显著增加，导致大量黑色素细胞离开隆突，几乎没有干细胞剩下来替代它们，从而引起毛发变白。除了有助于开发防白发疗法，张兵等人的研究还有望帮助我们更好地理解压力如何影响其他干细胞池和它们的微环境。原始研究: Nature 577, 676–681 (2020).
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