国际火星探测科学目标演变与未来展望

火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.经过近60年的发展,火星成为除地球外,探测和研究程度最高的太阳系行星体,派生出火星空间环境、火星大气、火星表层/次表层物质组成、形貌构造、撞击历史、冰川和冰冻层、气候变化、火星内部结构等多个研究领域.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.火星的重大科学发现包含早期和现代的水活动证据、地质环境多样性、现代地质过程监测、甲烷和有机物的发现、大气组成和演化、当前和近期气候变化、重力场和表面辐射环境等.重大科学成果的取得得益于科学目标规划的指引,也影响着未来科学目标的制订.通过梳理美国火星探测项目分析组(Mars Exploration Program Analysis Group, MEPAG)近20年火星探测科学目标(生命、气候、地质、载人)的演变,展现出国际火星探测思路及未来探测重点.未来10年的火星探测将进一步认知火星内部结构、开启火星生命探测的新阶段和开展火星和火星卫星样品返回.中国开展的火星探测任务也将为国际火星科学发展做出贡献.当前火星仍有诸多重大科学问题未有解答,这些问题与太阳系的重大科学问题紧密融合,突显...     

火星全大气模式与沙尘活动模拟研究:回顾与展望

基于火星全大气模式的数值模拟研究有助于深入理解火星陆面-大气-空间环境多圈层相互耦合过程,是当今国际研究热点.模式对整个火星大气区域气象要素的描述亦可作为保障火星探测活动顺利开展的重要参考依据.沙尘活动显著影响着火星气候与天气变化,也对火星表面探测器可造成巨大安全威胁.对沙尘活动及其影响完善的模拟是目前全大气模式开发与研究工作中的重点之一.本文回顾了火星全大气模式的发展历程,概述了其构建方法,总结了相关科研成果,多角度论述了自主发展火星全大气模式的重要科研与工程价值,建议以火星沙尘活动为重点研究方向,牵引我国火星全大气模式的自主研发.模式的开发与应用涉及行星科学、空间科学、大气科学、计算机科学多领域协同合作.其开发过程势必带动我国行星科学全面发展,为相关研究领域积累经验、储备人才.     

藻菌关系的生态网络研究方法:回顾与展望

藻类与细菌是海洋生态系统中重要的组成部分,两者间复杂的互作行为在维持共生关系、物质代谢以及协同进化中具有重要的生态意义.以往的研究证实了藻菌关系中多样化的表现,包括互利、共生、拮抗以及互害等.然而,由于藻菌关系的复杂性,传统工具无法充分挖掘暗藏在藻菌之间的深度信息.鉴于全球变化对海洋生态系统的影响和微生物组学的发展,藻...     

壁虎的运动行为与动力学研究: 竖直面内运动方向的影响

壁虎在竖直面内不同方向运动时运动行为的观察和运动作用力的测定不仅能揭示出壁虎运动的力学规律, 也可以进一步获得仿生机器人控制设计的灵感. 用三维力传感器阵列测定大壁虎在竖直面内运动的三维作用力, 并结合高速摄像讨论在自下向上, 自上向下和自右向左3 个不同方向运动时大壁虎的运动行为及其脚掌的功能. 结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加, 但与脚掌的黏附时间与脱附时间无明显相关性. 大壁虎各脚掌产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩, 并为运动提供必要的推力; 位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用; 竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变, 使得大壁虎能够在竖直面上安全高效的自由运动. 这一研究对仿壁虎机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助.     

自由表面对地震辐射能的影响: 以逆冲断层为例

从震源辐射的能量表象定理出发, 以逆冲断层为例, 定量地分析了自由表面对逆冲断层地震波辐射能量计算的影响, 利用准静态有限尺度逆冲断层位错模型, 准确地计算了当断层处在不同倾角、距自由表面不同深度的情形下, 断层面上和自由表面位移场和应力场变化. 结果表明, 当断层接近地表, 且倾角很小时, 考虑断层同自由表面相互耦合作用的地震波总辐射能(E_R)远大于由断层本身滑动位移所释放出的辐射能量(E_F), 后者也就是通常用于地震波能量估算的辐射能. 随着断层与自由表面之间的距离进一步增加, 自由表面与断层间的耦合作用也随之减小, 总的辐射能与断层面上的辐射能之比(E_R/E_F)接近于1. 目前的结果可对地震观测中存在的远场和近场视应力不一致的现象提供了部分解释, 而且该成果对于近场强地面运动的准确定量计算有着十分重要的意义.     

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.     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应:进展与展望*

  人类活动引起的土地利用/覆盖变化、气候变化、大气CO2浓度增高和氮沉降加剧等使得生物有机体的性状、种间关系、分布格局与生物多样性发生改变,进而影响生态系统过程和功能,并最终影响人类的生存和社会经济的可持续发展。应用全球变化实验结合环境梯度研究方法,我们已经就我国主要的森林生态系统和草地生态系统对全球变化的响应与适应作了初步研究。基于已开展的实验研究和数据积累,以协同研究为主要手段,结合我国独特的自然条件,今后将加强以下四个方面工作:①开展长期的多因子实验;②构建动态物种分布模拟体系;③构建数据模型融合系统;④生态系统对全球变化的区域响应和适应性的集成分析。     

湿润转变对超疏水表面上撞击液滴结冰影响的研究进展及展望

表面超疏水性是液滴撞击固体表面反弹的基础,利用超疏水表面的液滴反弹特性可从源头上抑制撞击液滴结冰,但湿润转变的发生会使表面的超疏水性失效.本文重点关注湿润转变对超疏水表面上撞击液滴结冰的影响.首先,分别从湿润转变对表面上撞击液滴动力学行为的影响、湿润转变对撞击液滴结冰形式的影响和撞击液滴湿润转变遵循的能量路径及转变机理3个方面梳理当前研究现状.然后,在总结上述研究现状的基础上,对通过表面微结构拓扑设计,实现抑制Cassie-Wenzel不可逆湿润转变,促进Cassie-Wenzel-Cassie可逆湿润转变,以此强化超疏水表面的液滴反弹特性进而抑制撞击液滴结冰的新思路进行了展望.     

次要等位基因频率筛选阈值对人类单体型图精度的影响: 基于中国汉族与藏族人群测序数据的比较

基因组变异是个体间疾病易感性和药物反应等表型多样性的遗传基础. 国际人类单体型图(International HapMap)旨在为复杂疾病相关遗传变异的研究提供路线图. 单核苷酸多态性(SNPs)是HapMap的基本要素. SNPs等位基因频率影响连锁不平衡结构、单体型的构建、标签SNPs的筛选, 是影响HapMap精度的主要因素之一. 因此, 次要等位基因频率筛选阈值的选择对图谱精度有深远影响. 迄今大多数研究者选用自定的阈值, 且鲜有针对次要等位基因频率筛选阈值对HapMap精度影响的研究. 为探讨次要等位基因频率筛选阈值对相应HapMap精度的影响, 本研究用中国汉、藏族人群15号染色体中心粒区域基因的测序结果按不同次要等位基因频率筛选阈值(≥0.01, ≥0.05, ≥0.10)将以往的数据分成了3组, 即0.01组、0.05组以及0.10组, 分别构建了3组数据的HapMap, 并比较了各组HapMap精度、关联分析的研究效能及节约/总成本比值. 结果显示, 0.01组有最高的关联分析研究效能(相比0.05组: 汉族, P = 0.019; 藏族, P = 0.029), 并捕获了最多的人群特异性单体型(相比0.05组, P = 0.012). 在所检区域内, 与0.10阈值相比, 0.05阈值并没有显著提高关联分析的研究效能(汉族, P = 0.191; 藏族, P = 1.000)及人群特异性单体型的捕获(P = 0.592). 同时, 在藏族人群中, 0.05与0.10组产生了相同数据的标签SNPs效率、连锁不平衡结构域的数目和平均长度、关联分析研究效能及节约/总成本比值. 结果提示, 较低的次要等位基因频率筛选阈值更适合着重于人群特异性单体型的研究; 不同人群最佳次要等位基因频率筛选阈值可能不尽相同. 由于本研究检测基因数目有限, 这一重要议题仍需更多深入的探讨.