人类活动对深地微生物的影响

在深地环境中生活着数量庞大且种类众多的微生物,主要是细菌和古菌,并包括真菌和病毒.水-岩相互作用产生的氢气和甲烷是这些微生物主要的能量来源.人类活动改变了深地环境及其微生物群落组成和功能.页岩气是存在于深地页岩中的天然气,开采页岩气所使用的水力压裂技术会对深地微生物产生显著影响,在水力压裂开发的不同阶段,微生物群落结构存在显著差异,产甲烷菌能够提高页岩气产量,而产酸细菌则会造成储层酸化和设备锈蚀,降低页岩气的采收率.核废料是指含有高于安全剂量放射性同位素或被其污染的物质,核废料的安全处置是决定核工业能否持续发展的关键因素.地质处置是目前公认的、唯一可行的长期安全处置半衰期长、高放射性核废料的方式,但是,硫酸盐还原菌的活性会导致储存室的锈蚀,微生物产生的气体也会影响地下空间的气压,这些微生物作用都可能对处置安全产生负面影响.CO_2深地封存可以控制其向大气排放,缓解全球暖化,但深地封存的超临界态CO_2能够引起地下水酸化,加速岩石和矿物的溶解,从而改变深地的化学环境和微生物群落,并对CO_2的长期有效封存产生影响.目前有关人类活动对深地微生物的科学研究均侧重于其短期影响,今后的研究应重点关注其长期影响.     

深海热液区化能自养微生物多样性、代谢特征与环境作用

热液生态系统是如何形成的?深海热液活动在地球生命起源与演化中贡献是什么?作为深海热液生态系统初级生产者,化能自养微生物在热液区从无机到有机的物质能量转化、元素生物化学循环、热液生命起源演化、热液共生体与生态系统形成发挥着重要作用.深海热液生态系统的能量来源主要是地幔岩浆房水岩反应所产生的还原性物质,包括氢气、硫化氢、甲烷以及还原性金属离子等.化能自养微生物广泛分布于羽流、烟囱壁及热液沉积物等各种热液区生境,通过氧化热液中所携带的还原性物质获得能量、固定二氧化碳,形成热液生态系统初级生产力.通过长期的生物与非生物过程的交互作用,演化形成独特的深海暗能量生态系统.热液微生物的多样性分布特征与影响因素、热液区极端环境适应性机制与环境作用,以及热液生物共生机制等仍是目前重要研究内容,相关研究将有助于认识深海暗能量生态系统的形成机制以及深部生命过程.     

走进海洋微生物的世界

海洋占整个地球表面积的70％，其中蕴藏着丰富的海洋微生物资源，是21世纪亟待开发和利用的巨大宝藏。海洋中存在着许多自然条件特殊的环境，如低温、高温、高压、高盐、强酸、低营养和低浓度溶解氧等环境，一般的海洋生物无法在其中生存；只有某些具备特殊生理和遗传特性的微生物，如嗜冷微生物、嗜压微生物、嗜盐微生物、嗜酸微生物、寡营养微生物和嗜热古细菌，才可以在这类环境中生长和代谢，产生独特的代谢产物。     

封面说明

正中国较早从事大陆深地微生物研究的是"中国大陆科学钻探"项目.该项目主要研究板块俯冲与壳-幔相互作用等地球动力学过程,但是也为深地微生物研究提供了很好的机会.项目取得了5158 m连续的岩芯,建立了孔隙度、渗透率、流体成分、岩石类型和构造剪切带等高精度的纵向剖面.尽管钻孔选在超高压变质带,但是在岩芯与流体中发现了各种微生物.局部岩芯与流体存在各种异常,可能为深地微生物提供了潜在的能源与养分.采用计数法、分子微生物、脂类等综合分析手段,发现生物圈的低界大约在4500 m,与已知的微     

地质微生物功能群: 生命与环境相互作用的重要突破口

微生物类型丰富、数量巨大, 是联系其他生物和环境的重要纽带. 但由于在地质体中保存下来的细菌和古菌缺乏形态和结构的多样性, 不能像动植物那样可以从形态上开展属种水平的研究, 这个难点问题一直影响着地质微生物的研究. 地质微生物功能群因在生理学、生态学和生物地球化学等方面的功能明确, 并能在地质体中留下各种记录而将成为瓶颈突破的关键点, 它是当前古生物学向地球生物学发展的一个重点研究内容. 本文评述了与碳、硫、氮和铁等重要元素代谢和循环有关的地质微生物功能群的特点、起源及其在地质体中的识别标志,分析了这些微生物功能群在参与形成地质历史时期的异常气候、硫化海洋、低浓度硫酸盐海洋、地质营养条件以及前寒武纪条带状铁建造等方面的重要作用.     

华南二叠纪末大绝灭后的钙质微生物岩及古环境意义

华南钙质微生物岩产在二叠纪末生物大绝灭界线之上. 根据其中的牙形石Hindeodus parvus化石, 微生物岩的产出层位相当于浙江煤山剖面的27层. 钙质微生物岩主要分布在生物礁相或浅水碳酸盐台地之上, 向深水区逐渐尖灭. 钙质微生物岩一般由微晶基质和中、粗晶方解石指状体或斑点所组成. 微生物岩中的生物化石以微生物为主要特征, 同时伴生有小型腹足类、介形虫和小型双壳类化石. 这一以微生物为特征的生物化石组合代表了二叠纪末大绝灭后礁相及浅水碳酸盐台地相上残存下来的一个简单而又特殊的化石群落. 大绝灭界线之上钙质微生物岩的突然出现是二叠纪末全球事件在礁相及浅水碳酸盐台地相上的具体反映. 由于前人对二叠系-三叠系界线及事件的研究多集中在深水相或浅海陆棚中、下部剖面上, 而华南钙质微生物岩则主要分布在浅水或极浅水礁相及碳酸盐台地相剖面上. 因此, 通过对钙质微生物岩的岩石学、古生物学及古生态的研究, 将有助于人们能更全面地了解二叠纪-三叠纪之交全球事件在古海洋不同水深区的具体表现, 为认识全球事件的实质和过程提供浅水礁相及碳酸盐台地相上的新资料.     

食肉植物的生存智慧

通常,动物是吃植物的,但有一些奇特的植物反转了局面,它们反而吞噬昆虫、爬行动物,甚至小型哺乳动物.不过,对于这些食肉植物来说,动物更像是一道配菜,而不是主食.因为食肉植物和其他植物一样,也通过光合作用从阳光中获取能量,而动物只提供额外的营养,让它们能在营养匮乏的环境,例如沼泽和布满岩石的地表上生存.     

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     

陆地上最早的生物化石

从美国和南非的科学家联合小组发现的证据说明 ,生物在陆地上出现的时间比专家们过去想象的早得多。研究人员在南非发现了至少 2 6亿年前的生物化石 ,这比以前想象的要早 1 4亿年。科学家相信 ,微小生物体在地球的海洋中已经生存大约 38亿年 ,但是他们对于最早的生物何时在陆地上出现却没有把握。以前 ,科学家认为在美国亚利桑纳州发现的化石是陆地生物最古老的证据 (那些化石已有 1 2亿年 )。这次从南非汉波兰卡省发现的一块 1 7米厚的岩石中含有非常多的碳元素。经化学分析 ,岩石中的生物化石是由微生物丛的细菌构成。这种微生物丛最初在…     

地底深处的陌生细菌

一个由美国普林斯顿大学领导的研究小组发现了一种生存在地下2．8公里处与外界隔绝的细菌群落，这种群落通过放射性岩石的衰变来获取生存的能量，而不是通过阳光。这项发现暗示，生命极有可能存在于其他类似的极端条件下。     

大陆俯冲隧道过程:大陆碰撞过程中的板块界面相互作用

研究俯冲带过程是发展板块构造理论的关键.板块界面相互作用是实现地球表层与内部之间物质和能量交换的基本机制.将俯冲隧道模型拓展到大陆碰撞造山带,能够透视大陆俯冲带构造过程及其产物.由长英质到镁铁质岩石组成的大陆地壳于不同深度从大陆岩石圈上部拆离并迁移进入大陆俯冲隧道,由橄榄岩组成的大陆岩石圈地幔楔底部也受到俯冲板片刮削进入俯冲隧道.大小不同的地壳和地幔碎块在俯冲隧道中受到角力流作用向上或向下运动,导致它们经历不同程度的变质作用,并伴有不同程度的变形乃至局部深熔.在俯冲隧道中壳源岩石与幔源岩石之间发生机械混合,结果形成了超高压变质混杂岩.它们在折返到地壳层位时与低级变质岩拼合到一起,形成构造混杂岩,结果在同一造山带出露有不同变质程度的岩石.俯冲陆壳基底花岗岩和上覆沉积物衍生的熔/流体与上覆大陆岩石圈地幔楔橄榄岩之间发生化学反应,实现了大陆俯冲隧道中的壳幔相互作用.超高压变质岩原岩性质支配了碰撞造山带的类型、超高压变质地体的大小和折返速率.     

合成微生物组:当“合成生物学”遇见“微生物组学”

合成微生物组是指运用合成生物学方法构建的功能菌群.合成微生物组以代谢通路模块化为核心特征,每个代谢模块的工作由一个菌株完成,从而实现多个菌株的分工与合作.与单菌株相比,合成微生物组具有降低菌株代谢负担与遗传改造难度、提供多样的元件表达平台、实现"即插即用"的模块替换等优势.在合成生物学与微生物组学快速发展、交汇融合的影响下,合成微生物组已成为近些年微生物领域新的研究热点,在生物合成平台化合物、复杂大分子以及生产生物燃料等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了合成微生物组的设计原理与优势,总结了近些年的主要研究成果,阐述其目前面临的挑战与机遇,最后对其未来的发展进行展望.     

利用氮稳定同位素记录重构古海洋氮素生物地球化学循环

初始地球的氮素循环是由大气反应和缓慢的地质过程来控制的。在大约27亿年前,微生物代谢逐渐进化成为控制地球氮素转化的最核心驱动力,使得地球上的氮循环逐渐进化成为现在的模式。不同的微生物过程会产生不同的氮稳定同位素分馏,这种分馏的信号会储存于古生物介质中,因此通过分析古生物介质中氮的稳定同位素值,可以重构古海洋的氮素生物地球化学循环过程。     

辽西四合屯含化石层古地磁极性年龄的初步确定

对辽西四合屯剖面含化石层及其下伏和上覆玄武岩进行了较为详细的岩石磁学和古地磁学研究,结果表明含化石的沉积岩层段和下伏率武岩段具有正极性,上覆玄武岩则具有负极性,结合最新的同位素测年结果可知,含化石层段的古地磁极性年龄为早白垩性Barremian阶M3n极性时,岩石磁学参数测量结果揭示出该湖相沉积岩中夹有数层火山凝灰质沉积物,这可能说明由火山活动等地球深部动力学过程引起的剧烈环境变化与古湖区生物的剧生剧灭有关。     

生物合成材料聚β-羟基丁酸(PHB)的研究进展

聚β-羟基丁酸(PHB)是许多原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下作为能量和碳源储藏在生物体内的一类热塑性聚酯.作为完全可生物降解材料,PHB越来越引起人们的关注.有力文章主要阐述了国内外PHB合成方法、性能改良、降解等方面的进展,并对其发展前景作出展望.     

福建东南沿海变质带的年代学研究及其大地构造意义

一、地质背景和主要岩石类型 变质带出露于台湾海峡西岸的平潭至南澳之间岛屿和半岛地区,长约370km,宽10—25km。变质带的西侧大面积分布中生代火山岩和侵入岩。变质带中的岩石遭受角闪岩相变质作用,混合岩和混合花岗岩十分发育。变质岩主要由各种片岩,变粒岩和斜长角闪岩组成。它们多呈残留体产于混合岩中或被混合花岗岩侵入。     

"勇气"号和"机遇"号火星车的四大探测目标

判断火星上是否出现过生物众所周知,生命依赖于水,因此火星水的历史对于找到问题的答案至关重要。虽然火星远征漫游者还没有能力直接辨认生命痕迹,但它们将提供关于历史上火星环境是否适宜生存的重要信息。漫游者的关注焦点将集中在过去水的分布情况以及它与岩石和土壤之间进行的化学和地质学反应。对火星表面样本的特定研究将解释火星的一些矿物学细节,从而可能有助于判断水是否参与了岩石和土壤的形成,乃至这些过程的细节。同样,这些知识也将为确定火星曾出现过生物的地区指明方向。     

二叠纪-三叠纪之交微生物变化与动物集群灭绝的两次耦合

在地球历史中，动物集群灭绝后出现的微生物繁盛现象，主要是根据地层中保存下来的微生物进行研究的，包括其中的钙质微生物岩和微生物有机个体。但是，当保存状态很差时，微生物群落的定量研究就会遇到困难。为了避免这个问题，我们采用了类脂物生物标志化合物来研究中国煤山二叠纪-三叠纪界线附近的微生物群落变化。在此，我们报道一条反映微生物阶段性变化的生物标志化合物记录，它与高分辨率的无脊椎动物灭绝相耦合。     

煤层中次生生物气的形成途径与母质综合研究

微生物究竟利用煤岩中的哪些物质并通过何种具体途径形成次生生物气,煤层中是否含有丰富的此类物质可形成大量的次生生物气,是重要的基础科学问题.在多方面研究的基础上,运用气体同位素示踪、煤有机地球化学分析与煤热模拟产气实验等方法,对上述问题进行了系统的综合性研究.结果表明:次生生物气形成的具体途径是微生物还原CO2;产次生生物气的煤层具有遭受过微生物降解的特征;热成因气态重烃亦经历了微生物的改造并有可能形成微生物成因CO2;煤在热演化过程中可形成大量的CO2、较多的H2和一定量的气态重烃,加之微生物成因的CO2及煤层水,都可成为次生生物气的直接母源物质.故可溶有机质与气态重烃等组分都可为其他微生物所利用并最终形成次生生物气的母源先质.中低热演化程度的煤层中这些组分丰富,应是形成和寻找次生生物气的主力煤层.     

籼稻福香占耐储藏性的蛋白质组学分析

稻谷耐储藏性对于国家粮食安全、种质资源保存及种业安全具有非常重要的意义.本研究通过人工老化处理分析福香占和航2号种子活力的变化趋势,扫描电子显微镜观察老化21 d后糙米淀粉粒结构,并对关键时间点的种胚蛋白质组进行定量分析.结果表明,人工老化后14～21 d,航2号种子活力快速下降,淀粉粒结构受到严重破坏,种子耐储藏性较差.而福香占在人工老化21 d后仍具有较强种子活力,淀粉粒结构保持良好,耐储藏性优;蛋白质组分析表明,福香占和航2号在人工老化的不同阶段,脂类、蛋白质、碳水化合物等生物合成及代谢、遗传信息加工、转录调控、营养保持、信息传递、氧化还原调节等方面均表现出差异;差异蛋白质显著富集到4个代谢通路,即亚油酸代谢,角质、木栓和蜡质的生物合成,谷胱甘肽代谢和甘油磷脂代谢.老化21 d与处理前相比较,福香占真核生物核糖体生物发生、萜类骨架生物合成、叶酸生物合成等代谢通路发生差异表达,而航2号主要为氮代谢、淀粉和蔗糖代谢及mRNA监测等途径.本研究为稻谷耐储藏性遗传机理的深入解析及培育耐储藏水稻新品种奠定了基础.