前沿快讯NATURESCIENCE最_杜鹃花修剪

前沿快讯NATURESCIENCE最

导读

1.小液滴，大发现：颜色是怎么产生的？

2.小鼠怎样通过歌唱来交流？

3.量子计算机研究的最新进展；

4.如何改善危重新生儿的护理；

5.历史上的气候变暖对海洋渔业生产的影响；

6.杜鹃鸟繁殖方式的新发现...

Nature封面文章：在微尺度凹面界面上的全内反射和干涉着色

几个世纪以来，人类一直在寻找更好的颜色制作方法，经常向大自然寻求灵感。艺术和服装中使用的最早的颜色是自然产生的颜料和染料，它们选择性地吸收一定波长的可见光。相比之下，蝴蝶翅膀和珍珠母身上的复杂颜色不仅来源于色素沉着，还来源于微观结构的光散射，这些微观结构的大小与可见光的波长大致相同，这种现象被称为结构着色。美国宾夕法尼亚州州立大学化学系的LaurenZarzar及其同事揭示了一种过去未被认识的产生着色的奇特机制，观察到彩虹色是由特殊设计的无色液体液滴反射而成，反射的颜色取决于视角。研究人员观察到，当一束白光从液滴上反射时，不对称的、微米尺度的液滴显示出明显的着色。这是令人惊讶的，因为水滴本身是无色的。因此，着色必须来自光与液滴结构的相互作用。研究人员报告他们的液滴可以在二维数组中用于创建像素化图像。他们通过调整水滴的形状和大小，或液体成分来操纵每个像素的颜色。此外，除了由不同液体组成的液滴之外，还可以使用各种材料和几何形状来实现着色效果，研究人员证明固体颗粒和聚合物微结构也能表现出这种效果。将这项技术应用到显示器和传感器中是一个令人兴奋的前景，但实现这一目标将具有挑战性。

(编译自Colourationbytotalinternalreflectionandinterferenceatmicroscaleconcaveinterfaces.NatureVol.,pages–＆Colourfromcolourlessdroplets.Nature,pages-/02/28)

SCIENCE封面故事：大脑运动皮层对新热带歌唱小鼠声相互作用的控制

言语交流是社会文明的基础。纽约大学神经科学研究所DanielOkobi和同事通过热带阿尔斯通唱歌鼠(中美洲褐鼷鼠)的歌声，发现了进行像人类对话这样的来回高速交换声音的神经机制。根据这些结果，这种新的鼠类模型为了解人脑内的说话环路开启了门户。据作者披露，每只小鼠的歌唱会因响应另一小鼠的歌唱而改变，表现出类似人类对话般的轮流说话行为。通过追踪两只小鼠相互歌唱时脑与肌肉间的电信号，Okobi等人发现了产生每首歌音符所需的与控制肌肉有关的运动皮层区域。在运动皮层(即发声运动皮层)内确认的另一功能性活动“热点”被发现可介导进行快速准确声音互动所需的感觉运动的迅捷转化。据作者披露，声音生成的功能性分隔和层次及定时性能令声音有效沟通成为可能。

(编译自Motorcorticalcontrolofvocalinteractioninneotropicalsingingmice.ScienceVol.,Issue,P.-/03/01)

通过工程交换相互作用的玻色子模式纠缠

量子计算提供了一个强大的信息处理的新模式。一个强大的通用量子计算机可以用任何一个良好控制的量子系统来实现，但是一个成功的平台最终将需要高度相干的、错误可纠正的量子元素的组合，并且它们之间至少有一个纠缠操作。连续变量系统中存储的量子信息，例如谐振子，可以利用硬件有效的量子错误校正协议，该协议在每个元素可用希尔伯特空间中编码信息。然而，这种编码状态通常没有可控制的直接耦合，这使得它们之间的确定性纠缠操作特别具有挑战性。耶鲁大学YvonneY.Gao等研究人员提出了一种有效的指数交换操作的实现方法，并给出了它在两个超导微波腔中玻色子量子位之间的实验实现。这种工程操作类似于离散自旋系统之间的交换相互作用，但作用于连续变量模的任何编码子空间中。该运算以控制旋转为基础，在两个谐振子模的任意状态之间产生恒等和交换运算的相干叠加，可用于在量子纠错码中形成确定性纠缠门。这些结果为玻色子模的通用量子计算提供了有价值的基础。

(编译自Entanglementofbosonicmodesthroughanengineeredexchangeinteraction.NatureVol.,pages–/02/28)

在捕获离子机械振荡器中编码量子位

量子计算机的稳定运行依赖于纠错，其中单个量子比特被冗余地存储在较大系统的希尔伯特空间中。这种编码的量子位通常基于许多物理量子位的阵列，但也可以使用单个高维量子系统来实现，例如谐振子。在这样的系统中，已经基于位置本征态的周期性间隔叠加设计了一种强大的编码方法。已经提出了各种建议来实现对这些状态的近似，但迄今为止这些仍未实现。瑞士苏黎世量子电子研究所的C.Flühmann等研究人员使用单个被捕获的40Ca+离子的谐波运动的位移压缩状态的叠加来演示这样的编码量子比特，通过耦合到辅助内部状态量子比特来控制和测量机械振荡器。他们准备和重建逻辑状态，平均保真度为87.3±0.7％。此外，研究人员还演示了一个通用的逻辑单量子比特门集，使用过程层析成像进行分析。对于泡利盖茨，他们达到约97％的加工保真度，而对于连续旋转，他们使用门传送并获得约89％的保真度。这种控制方法为探索连续可变误差校正以及使用离散和连续变量的混合量子信息方案打开了一条途径。代码状态也直接应用于量子传感，允许同时测量位置和动量的小位移。

(编译自Encodingaqubitinatrapped-ionmechanicaloscillator.NatureVol.,pages–/02/28)

改善危重新生儿的护理

巴西圣保罗联邦大学RuthGuinsburg发文表述，对生命体征的监测对于那些一出生就生病或早产(或两者兼而有之)的婴儿来说是至关重要的。为了达到这一持续性护理的水平，通常需要使用附着于婴儿皮肤的多个传感器和电极，而后者通过连线与周围的医疗仪器相连。这些连接网络会对其它类型的临床治疗或检测造成干扰，而电极也会损伤婴儿脆弱的皮肤。此外，它们会极大地阻碍肌肤间的接触，使得父母无法抱他们新生的孩子。在本期的第页，HaUkChung和同事等人发表的文章提出了解决方法。作者研发了一种无线且无需电池的生命体征监测系统，它所用的是一对超薄型的皮肤样感测器，后者仅用水就能轻柔地附着于新生儿敏感的皮肤上。Chung等人的方法能采集并处理感测器上的全部生命体征数据并用无线方式实时串流到外部设备。据作者披露，初步测试及正在进行的对新生儿重症监护病房(NICU)新生儿的临床研究显示，它的功效堪比具最先进临床标准的检测系统。

(编译自Improvingcareofcriticallyillnewborns.ScienceVol.,Issue,P.-;Binodal,wirelessepidermalelectronicsystemswithin-sensoranalyticsforneonatalintensivecare.ScienceVol.,Issue,eaau/03/01)

历史上的气候变暖对海洋渔业生产的影响

地球的海洋已经成为全球的重要食物来源及对快速增长人群的经济支持。然而，管理不良的渔场和几十年来的强烈的过度捕捞将许多种鱼置于极端的高压之下。据作者披露，更重要的是，这些鱼中有许多种类还受到全球气候变化所致的海洋持续暖化的影响，后者对渔业的总体影响仍是基本未知的。为了论述这一问题，ChristopherFree和同事用温度特异性模型来“回顾”-年的温度驱动的渔获量变化。Free对全球海洋中的个物种中的个种群进行了评估，它们代表了所报告的全球渔获量的约33%。尽管结果显示全球渔场的总体产量下降(某些区域的损失高达35%)，但作者发现，温度的改变对某些鱼种的影响要高于其它鱼种。尽管某些鱼群会经受负面冲击，但另外一些鱼群则预计可能会有正面反应。结果提示，历史性的过度捕捞会放大气候变化的负面影响。尽管Free等人的研究并未对其它气候驱动的环境压力因素(诸如海洋酸化)的成因(也能导致海洋鱼类种群数减少)做出说明，但通过对未来规划和适应的成功策略提供至关重要的预测。

(编译自Impactsofhistoricalwarmingonmarinefisheriesproduction.ScienceVol.,Issue,P.-/03/01)

冥王星及其卫星Charon的撞击坑表明小型柯伊伯带天体数量不足

冥王星和其卫星Charon在数十亿年中通过与较小的KBOs撞击而形成了陨石坑。据作者披露，它们的痘疤样表面可能为表征柯伊伯带内星体大小的分布提供有用的记录。美国博尔德西南研究所KelsiSinger和同事用新视野飞船在年飞越时的详细图片对冥王星和冥卫一上的陨石坑进行了绘测以确定对其造成撞击的柯伊伯带物体(KBOs)(柯伊伯带是位于我们太阳系边缘处的一个巨大的循轨道运行的光环样星体碎片)的大小。在将近来的地质学过程(它们可抹掉较早的撞击陨石坑)纳入考虑后，Singer等人在冥王星和冥卫一的表面上发现了至少40亿年之久的陨石坑，揭示了直径小于13公里的陨石坑的匮乏。据作者披露，这些发现与传统的碰撞平衡中的星体群不一致，相反，它们可能表明了柯伊伯带的原初性质--即它们是来自太阳系最早期的碰撞较少的演化遗物。

(编译自ImpactcratersonPlutoandCharonindicateadeficitofsmallKuiperbeltobjects.ScienceVol.,Issue,P.-/03/01)

群居寄生是合作繁殖杜鹃的另一种繁殖策略

合作筑巢的鸟类很容易受到巢寄生鸟类的影响，巢寄生鸟类会将卵产在宿主巢中，而不自己抚育。大犀鹃（Crotophagamajor）是一种热带杜鹃，它的不同寻常之处在于：雌性大犀鹃既会合作育雏，也会寄生育雏，有些会这两种方式都采用。然而，一直缺少实证证据证明雌性大犀鹃何时以及为何采用不同的繁殖策略。美国普林斯顿大学的ChristinaRiehl及其同事在巴拿马开展了为期11年的实地研究，以调查大犀鹃的不同繁殖策略的适应性收益。作者发现，大多数雌性大犀鹃在繁殖季节开始时都采用合作筑巢方式，但如果它们的第一个巢被破坏，则其中一小部分大犀鹃随后将采用寄生育雏方式。采用寄生育雏的雌性大犀鹃往往会重复这种行为。作者证明，多年来两种育雏策略的适应性收益大致相当。相较于筑巢继而寄生的大犀鹃，从不寄生且严格采用合作育雏方式的大犀鹃产卵更多，通过自己筑巢养育的幼鸟也更多，因此二者的总生殖产出没有差异。这些发现带来了有关大犀鹃的育雏策略的深刻见解，并展示了大犀鹃如何使用合作繁殖和寄生繁殖策略，即如果雌性热带杜鹃无法实现合作育雏，便会采用寄生育雏。

(编译自Socialparasitismasanalternativereproductivetacticinacooperativelybreedingcuckoo.Natureonline/02/27)

微语：

人生一世，也不过是一个又一个二十四小时的叠加，在这样宝贵的光阴里，我必须明白自己的选择。

——三毛