黏土矿物对病毒生物地球化学作用的影响探讨与展望

作为自然界丰度最高的生命体,病毒活跃于海洋、土壤、冰川等各类生态系统.通过侵染细菌、古菌及真核微生物,病毒在调控微生物群落和元素生物地球化学循环过程中扮演着关键角色.在自然环境中,病毒与无机或有机颗粒存在广泛的相互作用.黏土矿物是广泛分布于陆地和海洋环境的无机颗粒,陆地生态系统中的黏土矿物可在大气、河流和冰川的作用下搬运至海洋,并在水体中沉降形成深海沉积物.黏土矿物对病毒具有高度亲和力,影响着环境中病毒的丰度、活性和感染能力.因此,黏土矿物对病毒介导的生物地球化学循环过程有着重要的影响.本文从各类生境中病毒的生态功能、病毒的生物地球化学作用模型和黏土矿物对病毒的吸附作用3个方面进行了概述,并讨论了陆地和海洋生态系统中黏土矿物的吸附作用对病毒功能和生物地球化学作用的潜在影响,提出黏土矿物是影响病毒驱动的生物地球化学循环不可忽视的因素,未来应将黏土矿物作为评估病毒生物地球化学作用的参数之一.     

中国深部地下生物圈亟待研究

正习近平主席在2016年全国科技创新大会报告中指出:"向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题".在我国一批地球科学领域专家的建议下,"中国地球深部探测计划"被列入国家重大科技项目议程.深部地下生物圈是地球深部圈层的一部分,也是实现"深地"科技战略的重要内容之一.我国正在组织一批大陆科学深钻研究,其中就包括深地生物圈的探测和研究.另一方面,2016年国家自然科学基金委员会启动了水圈微生物重大研究计划.2017年科技部将微生物组计划列入日程.国际上,2016年美国国家微生物组计划启动.国际大洋钻探计划     

追踪边缘海的生命史:“南海深部计划”的科学目标

国家自然科学基金重大研究计划"南海深部过程演变"简称"南海深部计划",于2011年年初启动,是我国海洋科学第一个大规模的基础研究项目.它以"构建边缘海的生命史"为主题,从现代过程和地质记录入手,解剖一个边缘海的发育史,从深海盆演化、深海沉积、生物地球化学过程3方面开展研究.在海盆演化方面,要利用现代技术重新测定南海磁异常条带,探测深部结构,争取钻探大洋壳,系统研究火山链;在深海沉积方面,要观测现代深部海流和海底沉积过程,实现深海过程研究的古今衔接,从深海沉积中提取边缘海古海洋学演变的信息;在生物地球化学方面,采用包括深潜探测在内的各种手段,认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,揭示微型生物在深海碳循环中的作用.与开放大洋和其他边缘海相比,南海具有研究海盆生命史的一系列优势;同时,南海的研究还将为理解亚洲和太平洋相互作用的变化提供无可替代的重要信息.     

地球科学与非线性科学

地球系统包括岩石圈、水圈、气圈、生物圈.人类活动、气候和环境变化已迫使科学家研究这四大圈的相互作用.将地球科学和非线性科学联系起来主要有三个方面:(1)地球系统跨越很宽的时空尺度.从湍流到地幔对流,从植物的季节性循环到地球和生命的起源,其时空尺度跨越10~9量级以上.     

认知微生物:从对手到伙伴

正微生物是地球上生物多样性最为丰富的生物,包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体。它们是这个星球最早的居民,根据存在环境的不同分为土壤微生物、空间微生物、空气微生物、肠道微生物、海洋微生物等。它们个体微小,但在维持生物圈和为人类提供众多未开发的资源方面发挥着重要的作用。     

临近空间生物研究及其天体生物学意义

临近空间指海平面之上20～100 km高度的空间,包括大部分的平流层、整个中间层和少部分热层.临近空间是生物圈-大气圈-电离层的多圈层耦合区,是保护人类和地表生物圈免受太阳风和宇宙辐射侵蚀的重要屏障,上接外层空间,下临各国领空,战略地位突出.临近空间独特的高辐射、低温、干燥、低气压等复杂极端环境条件是实验室无法模拟的,可以类比早期地球的高辐射环境和现代火星的表面环境,使其成为开展地球生物学和天体生物学研究的天然实验室.近年来研究人员相继在临近空间20～41 km高度发现许多微生物,表明临近空间中存在着一个未知的生物圈.随着浮空器技术的进步以及实验载荷和方法的研发,临近空间的生物学研究,特别是在临近空间生物多样性及其环境适应机制等方面取得了一系列新进展.这为更好地认识地球生物圈上边界、生命生存极限、类火星环境生命、生命星际传输、行星保护等天体生物学问题提供了新的突破口.临近空间生物学研究与近地轨道空间中开展的生物实验具有很好的衔接和互补,随着我国将于2022年前后完成中国空间站建造以及"登月探火"等深空探测计划的逐步实施,临近空间生物学研究不仅可以为未来空间站的相关研究提供支撑,而且也将进一步促进我国在天体生物学研究领域的发展.     

长江水系沉积物铜含量空间分布特征研究

元素含量的空间结构特征是由各种地球化学过程综合作用产生的.通过对空间结构的研究,有助于对产生该结构的各种原因进行进一步探讨,从而提高对各种地球化学过程的认识同时,对元素含量空间分布特征采用一些指标进行定量描述,也是地球化学空间分布特征研究从定性走向定量的一条途径.本研究以长江水系沉积物铜含量为例,探讨地统计学方法在环境地球化学空间分布特征研究中的应用.     

环境中的硫

工业和能源生产迅猛发展,将一些有害物质(其中包括硫的化合物)排放到环境中。其中大部分对地球上所有动物机体都有危害。此外,大气、水体、土壤中的有害物质浓度的增大能使自然界中硫的天然循环遭到破坏。显而易见,保护地球上生态平衡的任务要求对硫的生物地球化学循环、对人类活动影响这些过程的作     

中国荒漠与沙地生物土壤结皮研究

生物土壤结皮广泛分布于干旱半干旱区,其盖度占该区域地表活体覆盖的40%以上,是联结荒漠地表生物与非生物成分的"生态系统工程师"和荒漠/沙地生态系统健康的重要标志,也是干旱区地球表面过程研究中生物学与地球科学交叉研究的热点科学问题.21世纪初,相关研究绝大多数来自国外,且集中在热带荒漠、寒漠和欧洲草原,很少有来自中国和温性荒漠的报道.本文评述了2000年以来中国学者在这一研究领域开展的系列创新性研究,涉及生物土壤结皮组成、分布和演替,对环境胁迫及全球变化的生理生态学响应,与土壤生态、水文过程,与维管植物和土壤动物关系,对干扰响应和人工培养及在生态恢复实践中的应用等,介绍了中国学者对国际生物土壤结皮研究所做的贡献.     

浅谈我国地球环境与生命过程研究中的一些科学问题

社会可持续发展的需求与人类环保意识的增强对地球地表环境与生命协同演变的研究提出了更高和更具体的要求. 地球表层环境生物地球化学过程及地生物学效应是认识与解决地表环境与生命演化的关键科学问题, 其核心研究内容概括为生源要素的环境生物界面动力学及生态效应; 毒害污染物的环境生物地球化学过程及机体影响; 地表环境变化的地生物学响应与生命适应机制; 污染地表环境的生态风险评估与生物修复等. 古生物学作为一门地质学和生物学的古老交叉学科, 在地球系统科学研究中能够发挥独特的作用. 古生物学家和地质学家应当更加关注地质历史时期环境的变化对生物演化的影响, 从而为研究现代环境和生物多样性的关系提供更多历史的借鉴. 基于我国地层古生物学研究的现状和资源的优势, 提出了我国在地史时期环境变迁与生命演化研究领域值得关注的几个热点的科学问题. 经济的快速发展推动了地球科学发展的同时也产生一些新的问题, 如荒漠化加重、环境污染的加重、化石资源的破坏等, 这些都对我国地球环境与生命过程的研究提出了严峻的挑战.     

生物多样性保护与监测

2022年是全球环保运动值得纪念的一个年份.这一年不仅是首个"联合国人类环境会议"召开50周年,也是《生物多样性公约》签署的第30个年头.1992年,具有历史意义的《生物多样性公约》正式签订. 从此,生物多样性的重要性和保护的紧迫性得到迅速而广泛的承认. "生物多样性"是指地球上所有生物及其变异体以及生态系统和生态过程...     

生物地球物理学的产生与研究进展

地球庞大的生物群落广泛地参与了岩石圈浅层、水圈和大气圈的物理和化学性质的改造过程. 认识生物圈及其与其他各圈层相互作用, 具有重要的地球系统科学意义.近年来, 随着生物地球科学的发展, 地球物理学方法和技术开始被应用于地质微生物改造作用、地球物理场对生物的影响等研究, 从而产生了生物地球物理学这一新的分支交叉学科. 本文评述了生物地球物理学的产生和一些最新研究进展, 旨在促进生物地球科学的发展与深化.     

全球趋磁细菌数据库的建立

趋磁细菌是研究生物矿化的模式微生物.鉴于磁小体在生物矿化、Fe生物地球化学循环、沉积剩磁、环境指示和磁性材料方面的重要性,趋磁细菌研究已成为微生物学、地球科学和材料科学共同关注的重要课题.本文搜集并整理了截至目前全球趋磁细菌的实验观测数据,建立了首个综合性的趋磁细菌数据库.数据库包括了已发表的趋磁细菌16S rRNA基...     

病毒微小RNA的发现及其功能

病毒微小RNA (microRNA, miRNA)是新发现的一类miRNA. 它通过诱导mRNA切割降解、翻译抑制或其他机制调节宿主细胞和/或病毒自身靶基因的表达, 改变宿主细胞的生命活动或病毒自身复制, 从而对抗和逃避宿主免疫监视, 达到保护病毒自身的目的. 寻找病毒miRNA分子、作用靶标基因, 以及鉴定其生物学功能已成为研究的新热点. 本文回顾了病毒miRNA的研究历史, 分析了它在基因组中分布特点、生物学功能、作用机制以及病毒miRNA与其他生物miRNA的异同点, 最后展望了病毒miRNA的研究方向和在疾病防治中的应用前景. 随着病毒miRNA的鉴定和功能的深入研究必将促进相关领域的发展, 尤其为病毒病的控制带来新的思路和方法.     

藻类生物与自然界CO_2循环的生物地球化学

生物地球化学,一门新兴的交叉学科 1983年以来,国际科学联合会理事会正在制定一项国际地质圈—生物圈研究规划(英文缩写ICBP),并且提出1990年代的10年执行这一研究规划。国际科联的一个特别计划小组于1985年2月24日在华盛顿召开的会议上提出了可作为国际地质图—生物圈规划早期的研究项目,其中第一项是:陆地和海洋生物群在生物地球化学循环中的作用。由此可见,作为交     

全球碳循环的模式研究与生物的调节

简要叙述了生物对全球环境的调节作用和全球生态状况的特点.对引起全球生态变化的紧迫问题作了讨论.详细分析了碳的全球循环.分析了海洋生物圈释放CO2的速率和遭破坏的陆地生物圈释放CO2的速率.由此提出了确保可持续发展的基本条件.     

重现生机的生物圈2号

天刚蒙蒙亮,一辆辆旅游大轿车就轰鸣而来,打破了美国亚利桑那沙漠腹地的宁静。来自世界各地的游人走出停车场后,一个巨大的玻璃建筑就映入众人眼帘,它熠熠发光耀人眼目,这就是举世闻名的“生物圈2号”。 生物圈是指星球上存在有机体生命的圈层,圈中生物间、生物与环境之间密切依存,息息相关。如果说地球是生物圈1号,生物圈2号则     

海洋微生物与噬菌体间的相互关系

病毒是海洋中丰度最高的生物体, 其中绝大多数又为能够侵染细菌和古菌的噬菌体.它们在控制微生物死亡率、调节微生物群落结构与多样性、影响微食物网过程以及参与碳、氮等元素的生物地球化学循环等方面扮演着重要的生态角色. 本文对近年来关于海洋细菌与其病毒间相互关系的研究进行了概述, 并结合作者的工作对未来的研究进行展望.     

我国深空探测研究深入火星和月球内部

<正>地球、火星、月球等具有显著的圈层结构,这是其形成与演化的结果;圈层结构因而记录了它们的形成和演化中诸多地质过程和环境变迁,如岩浆洋冷却、壳幔分异和核幔分异,以及气候和宜居性环境演变等.地球的圈层结构可分为外部圈层(水圈、生物圈、大气圈)和内部圈层(地壳、地幔、地核),地球各圈层间存在大规模的物质循环和能量交换.地壳物质可以通过俯冲过程到达地幔甚至是核幔边界,而核幔边界的热物质则能以地幔柱形式上涌至地表.本文着重探讨火星与月球的浅表层和深部结构探测及其未来可能的考量.     

深部碳循环：来自火成碳酸岩的启示

全球碳循环研究对于理解现今及未来大气圈CO2浓度及其变化趋势至关重要。传统的碳循环研究多侧重于探讨碳元素在大气圈、水圈、生物圈等地球表层之间的循环过程,基本不讨论地球内部圈层碳元素地球化学的行为与循环,现在发现传统的研究方式已很难深刻认识大气圈CO2浓度变化的规律。探讨地球内部与表层碳元素双向交换过程的深部碳循环研究应运而生,成为当前全球碳循环研究的主要方向。火成碳酸岩主要由碳酸盐矿物所组成,是地球内部碳元素含量最高的岩石,因而成为深部碳循环研究的主要对象之一。当前的研究发现,相当一部分火成碳酸岩中的碳来自大气圈的CO2,是再循环的碳。地表附近消耗大气CO2所新生成的沉积碳酸盐岩借助板块深俯冲作用被带入地球内部,在（超）高温和含水条件下发生部分熔融作用,形成碳酸岩浆,后者再上侵形成火成碳酸岩,或者直接喷发至地表,碳元素又重返地球表层。因此,地球内部的构造运动主导碳元素在地球表层与内部的循环过程,进而控制大气圈CO2浓度长周期变化的趋势。