燃！今日斩获6篇Nature，中国科学家取得系列突破

　　10月14日，顶级学术期刊 Nature 上，国人一共发表了6篇论文，其中，以国内大学为第一单位，且第一作者和通讯作者都是国人的共三篇，分别为清华大学、北京大学以及厦门大学。国人参与的有三篇，分别为中国科学院大学、浙江大学医学院以及南开大学。让我们一起来看看他们在材料、计算机科学、物理科学以及生命科学等领域的突破吧。
　　1、Nature：新型铜防腐技术
　　第一作者：Jian Peng
　　通讯作者：傅钢，江颖，郑南峰
　　第一单位：厦门大学
　　铜以品种繁多的金属、合金和化合物的形式被人们在生产和生活中广泛利用。然而，与铝和镍等金属不同，铜不容易形成稳定的表面钝化层以阻止其被空气连续腐蚀。在各类铜防腐技术中，表面非金属涂层的使用最为广泛。目前，表面活性剂，有机聚合物，无机材料(如石墨烯或氮化硼)被用作Cu材料的表面涂层，可以减少Cu与空气的接触，从而抑制其深度氧化。然而，在Cu上制备这种涂层以获得优异的抗腐蚀性能同时在实际条件下保持Cu的良好导电性和导热性仍然是具有挑战性的。
　　有鉴于此，厦门大学郑南峰教授、傅钢教授和北京大学江颖教授及其合作研究人员发展了一种有效的表面配位化学钝化的策略，可以实现从Cu箔到Cu纳米线等各种尺度Cu材料的抗氧化。
　　研究团队首先通过在甲酸钠(HCOONa)溶液中水热处理Cu箔，发现可以在苛刻的碱性条件下防止Cu的氧化腐蚀，初步验证了猜想。为了阐明甲酸钠导致钝化的分子机制，采用了系统的研究手段，包括原子分辨率的扫描隧道显微镜和原子力显微镜技术、密度泛函理论计算、质谱、拉曼光谱等技术。系统研究揭示了在甲酸钠的作用下，Cu表面重构为Cu(110)，并形成了长程有序且致密的由甲酸铜二聚体和O2-(或氢氧根)构成分子钝化层。这种独特的表面配位结构有效阻碍了O2在表面的吸附和活化，同时不影响Cu的本征导电和导热性质。
　　研究人员还将这一技术拓展到宏观的铜材料(如铜导线、铜丝网)，微米铜粉以及纳米铜材料(如铜纳米线、铜纳米颗粒)等，应用于透明导电电极、导电铜浆等领域，并开发了一种室温电化学的铜材料表面钝化处理技术。
　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2783-x
　　2、Nature：NAD+介导的自我抑制作用
　　第一作者：Yuefeng Jiang
　　通讯作者：杨竞，张哲
　　第一单位：北京大学
　　轴突的病理变性会破坏神经回路，是神经变性的标志之一。含有Sterile alpha and Toll/interleukin-1受体基序的蛋白1（Sarm1）是该神经退行性过程的中央调节物，其Toll/interleukin-1受体（TIR）域具有NADase活性，可以促进神经退行性作用。但是，对Sarm1激活进行严格控制的基础机制仍有待充分理解。
　　有鉴于此，北京大学张哲研究员和杨竞研究员等人报道了全长Sarm1蛋白在2.6-3.0Å分辨率下的冷冻电镜结构。
　　研究发现，NAD+是armadillo/heat重复单元域的意外配体。这种NAD+结合有助于ARM域通过其域接口抑制TIR域NADase。NAD+结合位点的破坏或ARM-TIR相互作用导致组成型活性Sarm1轴突变性。总之，这些发现表明，中央神经变性前蛋白具有新型NAD+介导的自我抑制作用。
　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2862-z
　　3、Nature：用于大脑启发式计算的系统层次结构
　　第一作者：张悠慧
　　通讯作者：张悠慧，施路平
　　第一单位：清华大学
　　通用人工智能是具备与人类同等智慧甚至超越人类智慧的人工智能。当前的人工智能成果大都是狭隘的，只能面向特定任务，解决特定问题。清华大学研究团队提出了＂神经形态完备性＂（neuromorphic completenes）的全新概念，放宽了对硬件完备性的要求，并提出了相应的系统层次结构，结构中包括了图灵完备的软件抽象模型和通用的抽象神经形态结构。使用这种层次结构，各种程序能够用统一的表现形式来描述，且能够在任何神经形态完备的硬件上转换为等效的可执行文件，确保了编程语言的可移植性、硬件完备性和编译可行性。该研究推动了类脑运算系统各维度上的进步，促进了各种应用程序的开发。
　　原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2782-y
　　4、Nature：肺泡中的毛细血管类型特化
　　参与作者：周斌
　　参与单位：中国科学院大学
　　在哺乳动物的肺中，每个肺泡周围都围绕着看似均匀的毛细血管网，形成了广阔的呼吸表面，氧气通过该呼吸表面转移到血液中。
　　在这里，我们使用单细胞分析来阐明肺泡毛细血管内皮细胞的细胞类型，发育，更新和进化。我们显示肺泡毛细血管是马赛克；与沿肺泡排列的上皮相似，肺泡内皮由两种混合的细胞类型组成，具有复杂的＂瑞士奶酪＂样的形态和独特的功能。
　　第一种细胞类型，我们称为＂空中细胞＂，专门用于气体交换和白细胞运输，并且是肺部特有的。另一种称为gCap（＂普通＂毛细血管）的细胞类型专门用于调节血管舒缩张力，并在毛细血管稳态和修复中起干/祖细胞的作用。两种细胞从双能祖细胞发展而来，逐渐成熟，并且在疾病和衰老过程中受到不同的影响。这种细胞类型的特化在小鼠和人的肺之间是保守的，但是在鳄鱼肺或乌龟肺中却没有发现，这表明它是在哺乳动物肺的进化过程中出现的。肺泡毛细血管中细胞类型特化的发现改变了我们对健康，疾病和进化中气血屏障和气体交换的结构，功能，调节和维持的了解。
　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2822-7
　　5、Nature：RecA–DNA突触和D环结构的链交换机制
　　参与作者：Chun Zhou
　　参与单位：浙江大学
　　链交换反应是同源重组的关键。它由ATP酶RecA家族催化，该酶与单链DNA（ssDNA）和ATP形成螺旋状细丝。该细丝与供体双链DNA（dsDNA）结合形成突触丝，突触丝寻找同源性，然后催化互补链的交换，形成新的异源双链体或（如果同源性有限）D环1,2 。突触丝如何形成，寻找同源性和催化链交换的了解甚少。在这里，我们报告了具有非互补和部分互补的dsDNA的突触小丝以及包含10个或12个碱基对的异源双链体的RecA–D环复合物的结构的低温电子显微镜分析。RecA的C末端结构域与dsDNA结合，并将其引导至RecA L2环，后者插入并打开双链体。开口通过RecA传播，在第二个DNA结合位点隔离同源链，从而释放出互补链，使其与ssDNA配对。在每个RecA步骤中，大约有20％的可能性使双链体终止终止，而尚未开放的dsDNA部分将与另一个C末端结构域结合。同源性通过异源双链配对与ssDNA结合至次级位点的结合来延长dsDNA的开放，从而抑制了这一过程。如果未遇到同源性，该机制局部限制了用于配对的ssDNA的长度，并且可能允许在供体dsDNA上形成多个广泛分离的突触，这将增加遭遇同源性的可能性。这些发现为同源重组提供了关键的机械学见解。
　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2820-9
　　6、Nature：不同口渴方式的细胞基础
　　参与作者：Tongtong Wang
　　参与单位：南开大学
　　液体摄入是一种基本的先天行为，主要是由两种不同的口渴引起的。血液渗透压升高导致口渴，驱使动物消耗纯净水。相反，体液的流失会引起口渴，动物会同时寻求水和矿物质（盐）以恢复血液量。椎板末端的脑室器官是检测两种类型的口渴刺激的关键部位。
　　然而，如何在大脑中编码不同的口渴方式仍然未知。在这里，我们采用单细胞RNA测序技术进行刺激到细胞类型的定位，以鉴定引起不同类型口渴的细胞底物。这些研究揭示了在每个室室器官结构中不同类型的兴奋性神经元和抑制性神经元。我们表明，这些神经元类型的独特组合被激活渗透和血流压力。这些结果阐明了不同口渴方式基础的细胞逻辑。此外，在口渴模式特定的细胞类型中的光遗传学功能重现了由两种不同的浸水刺激引起的水特异性和非特异性流体食欲。总之，这些结果表明，口渴是一种多峰生理状态，而不同的口渴状态是由哺乳动物脑中特定的神经元类型介导的。
　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2821-8