富兰克林是DNA结构平等贡献者、JWST观测到行星“原料”、重新认识超大质量黑洞 | 一周论文新鲜读

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04.29

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. JWST在分子云中发现行星组成

2. 植物想要适宜气候可能不需要迁移太远

3. 细菌或帮助增强植物的光合作用

4. 揭示罗莎琳德·富兰克林对发现DNA结构的真实贡献

5. 新图像证实我们对超大质量黑洞的观点

6. 亚马孙森林观测到不同程度的干旱耐受

7. 亚洲象适宜生境自1700年以来丧失64%以上

天文学 | JWST在分子云中发现行星组成

JWST/NIRCam detections of dusty subsolar-mass young stellar objects in the Small Magellanic Cloud

Nature Astronomy

《自然-天文学》发表的一篇论文提出在小麦哲伦云（Small Magellanic Cloud，SMC，一处比邻银河系的矮星系）中，在数百个年轻恒星周围检测到了行星形成的成分。这些发现基于詹姆斯·韦布天文望远镜（JWST）的数据，有助于我们理解行星在此类原料比银河系匮乏的星系中是否能有效形成。

行星始于沙状或煤灰状尘埃的微观颗粒。随时间流逝，尘埃颗粒粘合起来形成砾石，砾石聚集成岩石星子，星子轻轻碰撞形成行星核。但形成尘埃的原料——如硅、镁、铝和铁等元素——在小麦哲伦云中相对较少。

使用JWST的红外成像可以检测温暖尘埃发出的热辐射，英国皇家天文台的Olivia Jones和同事在小麦哲伦云中称为NGC 346的恒星形成区域，观测了数百个年轻的低质量恒星（比我们的太阳年轻、质量轻的恒星）。作者检测到尘埃围绕在年轻恒星近处的迹象，意味着行星应会随着年轻恒星的成熟而形成。

他们表明，小麦哲伦云形成岩石元素的丰度类似于更遥远星系的情况，红移约为2——在宇宙历史上大约110至120亿年前的一个时期，天文学家称之为“宇宙正午”。既然行星有可能在小麦哲伦云中形成，作者推断，行星或能形成于这一时期及其后。

气候变化 | 植物物种获得适宜气候可能不需要迁移太远

Macroclimate data overestimate range shifts of plants in response to climate change

Nature Climate Change

根据《自然-气候变化》发表的一项研究，在气候变化之下，植物物种可能只需要短距离迁移以获取适宜的栖息地。这些发现与此前的模型不同，此前预计需对植物的范围做出重大改变。

随着气候变化对环境的改变，普遍预计有许多物种可能必须适应或迁移才能存活，这一预测塑造了当下的保护政策。过去的研究表明，物种寻找适宜栖息地可能需要移动很长距离，但这些研究使用的是大范围的气候数据，不能精确地反映生物所体验的极为不均一的微气候环境。

英国埃克塞特大学的Ilya Maclean和Regan Early使用1977-1995的历史数据，建模了244种欧洲石楠荒原和草地的植物分类群分布，随后用以预测植物在2003-2021年间的分布，以评估气候多样性的影响。使用大气候和微气候数据，他们比较了3种不同的网格分辨率：约50公里、5公里和100米长度的网格。在最大尺度下，物种可能会在26年里迁移3.7至62.4公里（中位数14公里），以跟上气候变化。然而，当使用100米分辨率的微气候数据时，同样的物种在26年里需迁移的中位数为114米，或每年4.4米，以迁向更适宜的微气候。作者表明，这些较小的变迁更符合实际观察到的物种变迁模式。

作者提出，保育工作应优先保护物种在历史的地理范围内拥有合适微气候的区域。

生物技术 | 细菌或帮助增强植物的光合作用

Engineering α-carboxysomes into plant chloroplasts to support autotrophic photosynthesis

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一项概念验证研究指出，理论上，将特定类型细菌的细胞室通过工程改造引入作物中或能增加植物的二氧化碳浓度，强化作物的光合作用和生长速度。研究结果或有助于开发出光合作用效率更高的叶绿体，提升今后的作物产量，对粮食安全具有重要意义。

目前迫切需要增加气候变化下的全球作物产量，为全球人口供应充足食物，到2050年全球人口预计将达到近100亿。Rubisco（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）是叶绿体中负责从大气中吸收二氧化碳的一种酶，提高Rubisco周围的二氧化碳水平对于植物在光合作用中产生高能量糖十分关键。已知变形菌这类细菌能利用名为羧酶体的特异性细胞微室向Rubisco周围递送大量二氧化碳。将功能完全的羧酶体引入作物是长期以来的目标，但一直未能成功。

中国华中农业大学的林拥军、英国利物浦大学的刘鲁宁和同事将提取自那不勒斯硫杆菌（Halothiobacillus neapolitanus）的一组完整羧酶体微室插入烟草植株的叶绿体中。他们发现，这些羧酶体功能正常，并能支持烟草植株在补充了二氧化碳的空气中发育，这是改造出光合作用更强的叶绿体的重要一步。

作者指出，这项技术或能用于提高作物产量，帮助喂养不断增长的世界人口。

评论 | 揭示罗莎琳德·富兰克林对发现DNA结构的真实贡献

What Rosalind Franklin truly contributed to the discovery of DNA’s structure

Nature

英国曼彻斯特大学的Matthew Cobb和Nathaniel Comfort指出，之前一封被忽略的信和一篇从未发表的新闻稿（都写于1953年）证明罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）在DNA结构的发现中是平等的贡献者，而不是受害者。他们在本周《自然》发表的一篇评论文章中进行了详细阐述。

70年前的这一周，詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）关于发现DNA双螺旋结构的开创性论文发表于《自然》。传言称，历史性的一刻发生于沃森在未能获得富兰克林同意或知晓的情况下看到了她拍摄的DNA的X射线图片。这张图又名“照片51号”（Photograph 51），被认为是“分子生物学的点金石”，Cobb和Comfort写道，“这张照片已经成为了代表富兰克林成就和她遭受不公待遇的象征。”在这个版本的故事中，富兰克林被描述为优秀的科学家，但未能分辨出她自己的数据所传达的关于DNA的信息。她在拍摄照片后的几个月都没有意识到这张图的重要性，而沃森一眼便看出了端倪。

两位作者在查阅富兰克林在英国剑桥大学丘吉尔学院的档案时，发现了一篇从未被研究过的新闻稿，这篇新闻稿由记者Joan Bruce与富兰克林协商后撰写，本来要发在《时代周刊》（Time）上，他们还发现了一封由富兰克林的一位同事写给克里克的信，这封信之前从未曝光。两份资料共同说明，富兰克林并非不能理解DNA的结构。Cobb和Comfort写道，富兰克林是“解析双螺旋四人组中平等的一员”。和莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）一起，她在提出这个科学问题，为寻找答案采取早期关键行动，提供关键数据，验证结果的团队中贡献了一半的力量。

Cobb和Comfort写道，还原富兰克林故事的真相非常重要。“她不仅反对当时常见的性别歧视，还反对科学界一些更不易察觉的现象，其中的一些现象到今天仍然存在。”

天文学：新图像证实我们对超大质量黑洞的观点

A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet

Nature 

《自然》本周报道了对M87星系中心超大质量黑洞周围围绕的环状结构的观测。这些发现或能增进我们对黑洞性质的理解。

人们提出，在大多数大星系中心存在有能量外流的超大质量黑洞。研究这些超大质量黑洞的性质，对于确定活跃星系核的物理机制很重要。活跃星系核是一些星系中心的一个区域，因为尘埃和气体落入（吸积）到黑洞发射出的光和能量喷流，而远比星系其他地方明亮。附近（距离地球约5400万光年）的星系M87是研究黑洞吸积和喷流形成的首选目标。

中国科学院的路如森、浅田圭一（Keiichi Asada）、Thomas Krichbaum、秦和弘（Kazuhiro Hada）和同事展示了2018年获得的M87高分辨率图像。这一观测利用全球毫米波特长基线阵列（GMVA）所做，结合了全球的观测，并得到了阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）和格陵兰望远镜（GLT）的补充。围绕超大质量黑洞的图像揭示出一个环状结构，从中出现了强力喷流。据估计，这一环状结构比事件视界望远镜2017年的观察所推断的约大50%，被理解为吸积流进入黑洞的区域。这一观测还表明可能存在与吸积流有关的风。

环境 | 亚马孙森林观测到不同的干旱耐受

Basin-wide variation in tree hydraulic safety margins predicts the carbon balance of Amazon forests

Nature

根据《自然》发表的一项研究，亚马孙森林树木对干旱的耐受取决于不同物种，这影响到它们对水环境变化的耐受。这些发现表明，过去对于干旱之于森林的的长期影响可能估计不足。

由于气温上升、降雨改变和越来越频繁的极端气候事件，热带森林正在遭受越来越频繁的干旱。气候压力可能对亚马孙雨林尤为明显，这里是大约16000个树木物种的家园。在整个亚马孙反复发生的干旱事件在近年里增加了树木的死亡率，但人们对森林随着气候改变应对水胁迫的能力了解不足。

瑞典乌普萨拉大学的Julia Tavares和同事在亚马孙11个森林地块的129个树木物种中观察了植物的水力性状（在水胁迫环境如干旱之下的生存阈值），跨越全部降水梯度。作者评估了水力衰竭，或对植物水运输系统的扰乱，发现了物种间的多样性。这一多样性与物种栖息地的热带降雨有关：潮湿森林的树木对干旱的抗性较低，较干旱森林中的树木则对干旱应对较好。作者还发现，在更接近其水力限制（植物在水力学失败前的阈值）下运作的森林死亡率更高。

作者认为，亚马孙西部和南部森林，例如在秘鲁和巴西的部分，可能对于未来气候变化最为脆弱，因为它们可能已经到达了水力极限。他们总结说，气候变化的持续将进一步威胁这些已经在下降的亚马孙碳汇。

生态学 | 亚洲象适宜生境自1700年以来丧失64%以上

Land‑use change is associatedwith multi‑century loss of elephantecosystems in Asia

Scientific Reports

《科学报告》发表的一项研究估计，自1700年以来，亚洲象（Elephas maximus）的适宜生境减少了64%以上——相当于330万平方千米的土地。作者认为，在经历了几百年的相对稳定之后，1700年开始的生境丧失与殖民时期的土地利用、南亚后续的农业集约化同步发生。

亚洲象的生境范围很广，包括草原和雨林，但随着人类土地利用和生境丧失的不断增加，象可能会和人类发生冲突。为了评估象生境的历史分布和土地利用变化，研究人员通过模拟象和环境因素的数据，推断某个地区长期的生境适宜性。

美国Trunks and Leaves Inc.的Shermin de Silva和同事估算了850年至2015年13个国家亚洲象生态系统的扩散和破碎化，并计算了1700年至2015年的适宜生境的变化。如果生境超过了某个阈值，就被认为是适宜的，定义和模拟这个阈值的生态学标准包括原始林和牧场、非森林植被、种植和灌溉模式、木材收获率和城镇化等因素。

作者比较了亚洲象当前生境周围100千米内的地区，发现在1700年100%的面积可被认为是适宜的，但到2015年只有不到一半的面积被认为是适宜的（48.6%）。他们指出，中国大陆、印度、孟加拉国、泰国、越南和苏门答腊全部丧失了超过一半的象适宜生境范围，丧失最严重的是中国（约94%的适宜生境丧失）和印度（约86%的适宜生境丧失）。对婆罗洲土地的估算显示，婆罗洲的象适宜生境有所扩大。作者认为，亚洲象适宜生境的减少可能会造成象与人之间的潜在冲突。

作者总结道，一定要考虑景观历史才能理解亚洲象的分布，并采取更可持续的土地利用和保育措施，满足象和人的需求。