自然科学史

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1. RNA研发简史：从微不足道到无比重要

郭晓强, 李岩异

自然杂志 2022, 44 (6): 480-490. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2022.03.008

摘要（1657）

PDF（pc）（3116KB）（1433）

核糖核酸(RNA)是一类具有重要生物学功能和临床价值的生物大分子，其基本组成元件是核糖、碱基和磷酸。早在1869年米歇尔就发现了RNA，但直到20世纪50年代科学家才开始对其进行系统研究。功能方面，RNA参与蛋白质合成、作为遗传物质、催化生物反应、调节基因表达等；应用方面，多种RNA药物已研发成功，包括反义RNA、小干扰RNA、适配体、RNA指导的基因编辑和mRNA疫苗等。文章回顾了RNA发现、发展和应用过程，以期能对RNA生物重要性有一个较为全面的理解。

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2. 华人在金属玻璃领域的重要贡献

赵睿, 于吉皓, 程琪, 刘松灵, 孙博阳, 沈沛沛, 汪卫华

自然杂志 2022, 44 (5): 398-410. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2022.05.001

摘要（535）

PDF（pc）（1518KB）（846）

2022年是国际玻璃年。金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。快速发展的金属玻璃材料已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有着广泛的应用。在这个新型玻璃领域中，华人科学家作出了卓越的贡献。文章回顾了近百年来金属玻璃研究和研发历程中华人科学家的重要贡献，并对未来中国在金属玻璃领域的发展和贡献进行展望。

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3. 首幅全景海底地形图的成型

张涵科, 颜冰

自然杂志 2022, 44 (1): 72-78. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2022.01.007

摘要（794）

PDF（pc）（2401KB）（669）

1977年，美国科学家Marie Tharp和Bruce Heezen发表了首幅全景海底地形图，海底的种种特征第一次完整、直观地展现在世人面前。这张图在当时引起巨大轰动，即便是现在，这张图在地球科学领域仍有着不可撼动的地位。这张地形图的背后隐藏着两位科学家对世界海底长达20余年系统、细致的研究。文章对Marie Tharp和Bruce Heezen当年研究的过程、技术及方法加以回顾，并阐述二人所做研究的重要意义。

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4. 肿瘤坏死因子抑制剂开发史：转化医学的成功范式

郭晓强

自然杂志 2020, 42 (2): 142-150. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2020.02.010

摘要（2291）

PDF（pc）（2004KB）（445）

肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF) 是一种重要的细胞因子，具有广泛的生物学作用。1975年，TNF首次发现，最初被认为具有诱导肿瘤坏死活性，还被推测参与恶病质发生。1985年，TNF被发现是一种关键炎症因子，参与内毒素诱导的休克反应；随后，发现其在类风湿关节炎、炎症性肠病、强直性脊柱炎和银屑病等众多自身免疫性疾病中发挥关键作用。阻断TNF活性可缓解多种疾病临床症状，为药物研发奠定理论基础。1998年起，多种TNF抑制剂包括英夫利昔单抗、阿达木单抗、赛妥珠单抗、戈利莫单抗和依那西普等先后获批使用，成为当前临床使用最广泛的一类药物。肿瘤坏死因子的发现、功能阐明以及抑制剂的开发与应用过程，全面诠释了转化医学的成功之道。

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5. 门捷列夫的“旷缺”与中国公使的感叹

刘钝

自然杂志 2019, 41 (4): 294-298. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2019.04.009

摘要（2376）

PDF（pc）（4393KB）（630）

1869年门捷列夫完成了世界上第一张化学元素周期表，除了把当时所知的全部63种元素按原子量大小分组(族)排列外，还在表中留下一些空位，预言了与硼、铝、硅类似的元素的存在及其性质。随后的20多年内，这些空位相继被新发现的元素填补。1877年中国首任驻英公使郭嵩焘听到了门捷列夫的预言与元素镓的发现这一故事，联想到发现海王星的经过，由衷感叹西方科学的精致与功效。

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6. 脑电波的前世今生

李颖洁

自然杂志 2019, 41 (4): 299-305. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2019.04.010

摘要（3184）

PDF（pc）（1510KB）（1124）

人的头皮上可以通过电极采集到电信号。这些电信号是非常微弱的，只有几十微伏。1924年德国医生Hans Berger 首次在人头皮上记录到这种信号，并将其命名为electroencephalogram(EEG)。如今，脑电图已经成为医院的常规检查之一，更是脑科学研究中独特的研究工具。本文简要介绍了脑电信号的发现、发展以及主要应用，并讨论了脑电信号未来的研究方向和可能的应用前景。

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7. 分子马达运动：生命滑动的乐章

郭晓强

自然杂志 2019, 41 (1): 56-62. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2019.01.009

摘要（2805）

PDF（pc）（4394KB）（808）

生命在于运动，因此运动对生命而言具有至关重要的意义。肌球蛋白、动力蛋白和驱动蛋白是三种重要的分子马达，负责肌肉细胞和非肌肉细胞的运动。肌球蛋白与肌动蛋白间滑动构成肌肉收缩的基础；动力蛋白和驱动蛋白沿微管运动在细胞内物质运输，有丝分裂、减数分裂中染色体分离过程和细胞骨架动力学方面发挥重要作用。分子马达突变或缺陷可导致遗传性神经病变、严重型肌病和呼吸道慢性感染等发生。因此，分子马达运动的相关研究成果为多种疾病治疗提供新的策略。文章回顾了分子马达的研究历程、生物学作用和应用意义。

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8. 雷帕霉素靶蛋白：细胞生长调控之门

郭晓强

自然杂志 2018, 40 (4): 297-304. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2018.04.010

摘要（2729）

PDF（pc）（2535KB）（672）

雷帕霉素(rapamycin)是一种大环内酯类化合物，最初于1972年由塞加尔从复活岛吸水链霉菌中成功分离。1991年，霍尔首次从酵母中鉴定出雷帕霉素靶蛋白(TOR)，从而打开细胞生长和发育机制研究之门。TOR或mTOR是一种重要的分子整合器，可感知来自生长因子、激素、氨基酸和氧状态等的信号，并通过调节下游因子而影响蛋白质、脂类和核苷酸等的合成。TOR/mTOR信号通路在生长和代谢中发挥着重要作用，它的调节紊乱可导致癌症、衰老和糖尿病等多种疾病的发生。雷帕霉素及类似物(rapalogs)已被美国FDA批准应用于预防器官移植排斥反应和治疗肾细胞癌和神经内分泌肿瘤等癌症。文章介绍雷帕霉素和TOR的发现历程以及TOR信号通路的生理作用、机制和临床应用等。

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9. 四十不惑，不惑者何——写在《自然杂志》创刊40周年之际#br#

段艳芳，沈美芳，温文，方守狮

自然杂志 2018, 40 (3): 232-234. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2018.03.011

摘要（438）

PDF（pc）（893KB）（435）

自 1 978年5月创刊以来，《自然杂志》已走过40年的历程。念及《论语》中 “ 四十而不惑” 的话语，用以回首和展望亦是贴切的，尽管杂志的生命力可能比个人生命历程漫长和持久得多。所谓 “ 不惑” ，是指在办刊过程中，对《自然杂志》的办刊理念、定位与方向有了更明确的认识。在此，我们回顾往昔，展望未来并重申“高级科普期刊” 的办刊定位。

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10. 王莲属(Victoria)植物分类学地位的确立

李淑娟，尉倩，尚煜东，刘安成，吴永朋

自然杂志 2017, 39 (4): 293-298.

摘要（371）

PDF（pc）（1754KB）（215）

王莲是世界著名的热带水生观赏植物，有“水生花王”之称，深受人们的喜爱。在相关文献记载中，其发现人和植物学命名人说法各异，拉丁名混乱不一，影响对王莲的进一步研究。通过查阅原始资料，考证了王莲属分类学地位的确立及物种命名的历史，探究了种名出现错误的原因。结果表明，王莲的属名是以维多利亚女王的名字Victoria来命名的，由John Lindley先生在1837年确立，该属有两个种，亚马逊王莲和克鲁兹王莲。亚马逊王莲的发现与命名一直颇受争议，目前，被广泛接受的种名是Victoria amazonica(Poepp.) J. C. Sowerby，该学名由皇家植物学会的秘书长James De Carle Sowerby先生于1850年确定；克鲁兹王莲的种名是Victoria cruziana A. D’Orbigny，由Alcide D'Orbigny先生1840年命名。

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11. 神奇的酵母，科学的宠儿

郭晓强，黄卫人

自然杂志 2017, 39 (3): 210-221. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2017.03.008

摘要（854）

PDF（pc）（4673KB）（425）

酵母是一种单细胞真核生物，基于自身诸多优势而成为生物化学、遗传学和细胞生物学的重要研究模型。借助酵母无细胞体系阐明了酶的功能、酶的构成、辅酶特性、tRNA结构和真核转录机制等。酵母作为模式生物在细胞周期、囊泡运输、细胞自噬、端粒保护、蛋白质折叠、未折叠蛋白应答、DNA损伤应答、雷帕霉素靶点和组蛋白调节等重大发现中做出了根本性贡献。许多科学家也因此荣获诺贝尔奖。本文全面介绍酵母在科研中的应用价值。

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12. CRISPR-Cas9技术发展史：25年的科学历程

郭晓强

自然杂志 2016, 38 (4): 278-286. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2016.04.008

摘要（2080）

PDF（pc）（2176KB）（2975）

CRISPR-Cas是一种重要的原核生物获得性免疫系统。CRISPR序列可转录并加工为非编码RNA——crRNA，而Cas利用其DNA核酸外切酶完成RNA介导的靶DNA剪切，从而抵御噬菌体和质粒等DNA的入侵。在这一系统基础上改进并发明目前生命科学领域广泛应用的CRISPR-Cas9基因编辑技术。通过对CRISPR序列发现、结构命名、功能预测、实验证实、机制研究和系统改进等的描述，以期能对CRISPR-Cas9技术的诞生过程有一个全面的了解。

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13. DNA发现之前的基因——遗传学家是如何揭示生命结构单元之基础的

马修科布

自然杂志 2016, 38 (2): 132-135. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2016.02.011

摘要（257）

PDF（pc）（902KB）（730）

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14. 酶的研究与生命科学(三)：分子生物学酶的发现和应用

郭晓强

自然杂志 2015, 37 (5): 369-390. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2015.05.008

摘要（612）

PDF（pc）（2840KB）（726）

20世纪下半叶，分子生物学取得迅猛发展，分子生物学酶的发现和应用在其中发挥了巨大的推动作用。DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆转录酶、限制性内切酶和端粒酶等的鉴定和功能阐明拓展了对许多生命现象的理解和认识。这些酶的应用还衍生出重组DNA、桑格酶法测序和聚合酶链式反应等技术，在基因操作、DNA测序和扩增等方面具有广泛应用。通过介绍分子生物学酶的研究历程展现了酶的发现和应用对当代生命科学研究仍有重要意义。

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15. DNA同源重组机制的确立

向义和

自然杂志 2015, 37 (4): 287-296. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2015.04.007

摘要（1175）

PDF（pc）（4891KB）（2546）

介绍了DNA同源重组机制确立的过程。其主要内容包括基因连锁和重组现象的发现，交叉假设的提出，断裂重接假设和复制选择假设的出现，同源重组的三个模型(Holliday模型、单链断裂模型和双链断裂模型)的确立。

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16. 酶的研究与生命科学(二)：氧化酶和ATP酶的研究

郭晓强

自然杂志 2015, 37 (3): 205-214. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2015.03.006

摘要（597）

PDF（pc）（3422KB）（1058）

生物氧化是机体能量生成的基础，是生命得以维持的基本保证。细胞色素氧化酶的发现开启了现代生物氧化研究的序幕：一方面鉴定了大量氧化酶，从而充实了氧的利用特征；另一方面脱氢酶及辅助因子的鉴定进一步理解了生物氧化的本质为氢与氧结合生成水，同时释放能量促使ATP生成的过程。ATP合酶和Na+，K+-ATP酶的发现推动了对ATP生成和利用机制的研究。许多酶的催化都需要ATP的辅助，如泛素连接酶等，相关研究拓展了对细胞内物质代谢的认识。笔者通过生物氧化(亦称生物能学)发展过程的介绍而展现氧化酶和ATP酶的重要性。

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17. 酶的研究与生命科学(一)：酶本质的理解和认识

郭晓强

自然杂志 2014, 36 (3): 208-217.

摘要（659）

PDF（pc）（4125KB）（924）

酶是生物催化剂，通过催化化学反应而参与了几乎所有生命过程，因此对酶的研究既深化了对生命现象的理解和认识，又为相关疾病治疗提供了新方案。1897年无细胞酵母发酵的发现启动了现代酶学研究的序幕，随后几十年先后分离并合成辅酶，证明酶的本质为蛋白质，发现了具有催化功能RNA等，此外，通过解析核糖核酸酶结构而阐明一级结构决定高级结构以及结构与活性之间的关联等，这些成果极大地拓展了人们对酶本质的理解和认识，做出卓越贡献的科学家也因此荣获诺贝尔奖。

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18. 细长杆弹性线模型的发展历史

刘建林

自然杂志 2013, 35 (5): 372-377.

摘要（687）

PDF（pc）（1083KB）（560）

细长杆的弹性线模型广泛存在于自然界和工程实际中，如海底电缆、高压输电线、柔性绳索、弹簧、石油工程中的钻杆和抽油杆、纳米纤维和纳米管、DNA和大分子聚合物、攀缘类植物的茎等。弹性细长杆的变形伴随着结构很强的几何非线性，从而对其进行力学分析具有很强的挑战性。整个弹性线的发展史是一部激动人心的历史，从问题提出到现在，其时间尺度跨越了大约8个世纪。参与弹性线研究的杰出科学家层出不穷，他们从数学、力学、实验等角度进行了各种探索。笔者主要从平面弹性线、空间弹性线以及弹性线与其他物理现象的比拟等角度对其发展历史加以介绍。弹性线的历史发展也使我们了解到数学力学与工程技术在解决实际问题时是如何紧密结合的。

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19. 信号转导与诺贝尔奖

郭晓强王跃民

自然杂志 2013, 35 (4): 274-285.

摘要（936）

PDF（pc）（514KB）（917）

信号转导是生命科学前沿领域之一，至今已有多项成果荣获诺贝尔奖。从最初的信号分子，到第二信使和可逆磷酸
化，再到G 蛋白和G 蛋白偶联受体，直到今天的信号网络系统，这些研究极大地拓展了人们对生命现象的理解和认识，从
而为多种疾病的治疗提供了新的选择。笔者以经典信号通路研究历程为主线回顾了信号转导研究的发展简史，全面地介绍了
诺贝尔奖相关成果的研究背景、历程、意义和应用。

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20. 基因表达调控机制——操纵子模型的确立

向义和

自然杂志 2013, 35 (4): 286-297.

摘要（655）

PDF（pc）（1734KB）（770）

笔者介绍了基因表达调控机制——操纵子模型建立的过程：诱导物和阻遏物的发现及对其性质的研究；调
节基因和操纵基因的发现及对其性能的分析；操纵子模型建立和实验验证。

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