Sitemap: http://www.21senews.com/sitemap.xml
科研進(jìn)展
  • 廣州健康院合作通過(guò)空間轉錄組學(xué)繪制脊髓損傷時(shí)空動(dòng)態(tài)圖譜和細胞原位互作網(wǎng)絡(luò ),發(fā)現IGFBP2蛋白促進(jìn)神經(jīng)修復功能
    2024年7月18日,中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心方燕姍課題組、中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院彭廣敦課題組和暨南大學(xué)李昂課題組合作,在Developmental Cell期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“A spatiotemporal molecular atlas of mouse spinal cord injury identifies a distinct astrocyte subpopulation and therapeutic potential of IGFBP2”的最新論文。2024年7月18日,中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心方燕姍課題組、中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院彭廣敦課題組和暨南大學(xué)李昂課題組合作,在Developmental Cell期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“A spatiotemporal molecular atlas of mouse spinal cord injury identifies a distinct astrocyte subpopulation and therapeutic potential of IGFBP2”的最新論文。該研究利用空間轉錄組技術(shù)對急性損傷引起的脊髓中分子和細胞水平的復雜變化進(jìn)行了全面深入的梳理和分析,通過(guò)刻畫(huà)脊髓損傷?(spinal cord injury, SCI)后基因表達和分子變化的時(shí)空特征,以及繪制原位細胞互作網(wǎng)絡(luò )圖譜識別出一類(lèi)發(fā)生特定位置遷移的星形膠質(zhì)細胞亞群,并鑒定出該亞群的特征基因之一Insulin-like growth factor binding protein 2?(Igfbp2),進(jìn)而揭示了SCI引起Igfbp2表達上調的細胞功能和潛在生物學(xué)意義。成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統的再生能力非常有限,其損傷所造成的傷害大多不可逆、難以恢復。以SCI為例,SCI后可出現軸突退化、神經(jīng)元丟失、脫髓鞘、炎癥反應、巨噬細胞和免疫細胞浸潤、膠質(zhì)瘢痕生成等改變,從而導致永久性的運動(dòng)、感覺(jué)和自主神經(jīng)功能障礙,并伴有各種局部或全身并發(fā)癥。盡管SCI 的慢性期可持續數月至數年,但基因表達水平和分子編程中最主要、最劇烈、最紛繁蕪雜的改變則發(fā)生在損傷后的數小時(shí)至數天內。此外,基因表達和細胞響應的空間動(dòng)態(tài)變化在該時(shí)期也是最明顯的。故此,全面系統地在時(shí)間和空間維度下解析SCI急性期所發(fā)生的基因表達改變、分子調控程序和細胞響應機制對于理解SCI的病理過(guò)程和制定有效治療方案至關(guān)重要。以往SCI表達圖譜和分子變化網(wǎng)絡(luò )的研究主要依賴(lài)單細胞或單核測序,但上述技術(shù)無(wú)法提供這些分子和細胞變化的空間位置信息和對應的解剖學(xué)注釋。同時(shí),這類(lèi)技術(shù)受單細胞分離方法的局限,造成某些細胞類(lèi)別比如神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細胞等的捕獲比例遠低于其生理狀態(tài)下的占比,導致最終測序數據和以此進(jìn)行的分析帶有很強的“生存者偏差”。近幾年,空間組學(xué)的出現和發(fā)展為彌補這些缺陷帶來(lái)了希望。在這篇新發(fā)表的論文中,研究人員以小鼠脊髓全橫斷模型為例,在SCI后的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)、距離損傷位點(diǎn)頭尾兩端的多個(gè)不同位置、對多個(gè)生物學(xué)重復的脊髓組織進(jìn)行了基于10xVisium的原位空間轉錄組測序(圖1A)。通過(guò)對過(guò)濾后保留下來(lái)的超過(guò)22,800個(gè)空間位置點(diǎn)的數據進(jìn)行生物信息學(xué)整合分析,在組織結構被嚴重破損的情況下,通過(guò)空間分布和基因表達相似性仍然能夠準確定義出脊髓的解剖結構。該研究系統性地揭示了損傷后不同脊髓解剖區域、不同損傷時(shí)間以及損傷位點(diǎn)不同方向和距離處的基因表達動(dòng)態(tài)變化、共表達基因模塊以及轉錄調控網(wǎng)絡(luò )(圖1B)。更具創(chuàng )新意義的是,該團隊通過(guò)自主開(kāi)發(fā)空間轉錄組數據分析的新計算策略和工具,繪制出脊髓損傷后原位細胞-細胞交互?(spatial-aware cell-cell communication, SA-CCC) 的動(dòng)態(tài)圖譜(圖2),相比于傳統僅僅基于單細胞基因表達進(jìn)行細胞互作分析,整合細胞在空間上的臨近關(guān)系,降低了最終結果的假陽(yáng)性率。并通過(guò)細胞互作網(wǎng)絡(luò ),發(fā)現了一類(lèi)在SCI后從脊髓白質(zhì)遷移到脊髓灰質(zhì)的星型膠質(zhì)細胞亞群(圖1C)。接著(zhù)通過(guò)脊髓實(shí)質(zhì)注射和lineage tracing實(shí)驗,證實(shí)了SCI后這類(lèi)由白質(zhì)向灰質(zhì)定向遷移的星型膠質(zhì)細胞亞群的存在及其細胞來(lái)源(圖3),該團隊將其命名為“injury-induced, gray matter-relocated astrocytes (Astro-GMii)”。研究人員通過(guò)整合空間轉錄組數據和已有的SCI單細胞/單核測序數據對Astro-GMii細胞的分子特征進(jìn)行了多水平、多維度的分析,從中鑒定出可以標記Astro-GMii并在SCI后特異性上調的特征基因之一Igfbp2。值得一提的是,通過(guò)空間轉錄組識別出某種特定細胞亞型或亞群后,可以對其位置信息進(jìn)行分子特征提取,獲得“位置指紋”。用這些位置指紋可以對已發(fā)表的單細胞數據進(jìn)行空間特征注釋和虛擬細胞分選(virtual cell?sorting)。例如,利用Astro-GMii的位置指紋對第三方發(fā)表的SCI單細胞數據進(jìn)行比對和分析,研究人員也鑒別到Astro-GMii亞群并利用這些數據進(jìn)一步分析了該亞群的分子演化過(guò)程,充分體現了空間位置特征這一維度對發(fā)掘細胞功能異質(zhì)性的重要作用(圖4)。在后續工作中,通過(guò)原代星型膠質(zhì)細胞培養、原代神經(jīng)元培養以及conditioned medium共培養等實(shí)驗,研究人員揭示了高表達Igfbp2不僅可以促進(jìn)星型膠質(zhì)細胞的遷移、增殖和反應性,并且星型膠質(zhì)細胞可以分泌IGFBP2蛋白,后者作用在神經(jīng)元上可以促進(jìn)神經(jīng)軸突的生長(cháng)。最后,研究人員將IGFBP2蛋白和基質(zhì)膠制備成生物材料注射進(jìn)小鼠的SCI損傷部位后,損傷灶附近神經(jīng)元的存活得到了顯著(zhù)提高,并最終有效促進(jìn)了SCI小鼠的感覺(jué)和運動(dòng)功能的恢復(圖5)。綜上所述,該工作通過(guò)全面深入的空間轉錄組分析建立了SCI交互式時(shí)空數據庫(https://spasi.ccla.ac.cn/),并完成了大量體內和體外的驗證實(shí)驗以及功能研究,不僅為理解受損脊髓的時(shí)空重組提供了豐富的資源和有用的生物信息分析工具,而且發(fā)現了具有SCI治療潛力的新分子IGFBP2蛋白,為今后進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)轉化研究和深入探尋IGFBP2神經(jīng)保護的作用機制奠定了基礎。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心博士研究生王澤清、中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院博士研究生李竺霞和中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心博士研究生欒天樂(lè )為該文的共同第一作者。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心方燕姍研究員、中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院彭廣敦研究員和暨南大學(xué)李昂副研究員為共同通訊作者。彭廣敦課題組在該工作中負責了所有數據分析內容和網(wǎng)站搭建,該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、廣東省國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院基礎研究項目和廣州國家實(shí)驗室重大項目的支持。論文鏈接圖1?小鼠SCI空間轉錄組實(shí)驗設計和數據分析概覽圖2?細胞的空間原位互作分析圖3?脊髓實(shí)質(zhì)注射和譜系追蹤證實(shí)Astro-GMii亞群來(lái)源于脊髓白質(zhì)的星膠細胞圖4?基于“空間指紋”進(jìn)行單細胞亞群的虛擬分選圖5?Astro-GMii細胞激活、遷移并表達分泌蛋白IGFBP2促進(jìn)神經(jīng)修復的示意圖
    2024-07-22
  • Nat. Commun. 揭示海洋動(dòng)物運動(dòng)模式演化與器官形成的遺傳調控機制
    中國科學(xué)院南海海洋研究所林強團隊與煙臺海岸帶研究所董志軍團隊等聯(lián)合,在海洋動(dòng)物運動(dòng)模式、器官形成與生存策略研究獲得新進(jìn)展,相關(guān)研究成果“Genomic and single-cell analyses reveal genetic signatures of swimming pattern and diapause strategy in jellyfish”于7月15日在線(xiàn)發(fā)表于Nature Communications。海洋生命的起源與演化問(wèn)題是當今海洋基礎科學(xué)研究領(lǐng)域的重要命題。海洋生物復雜性狀形成過(guò)程是物種多樣性形成的基礎,其演化過(guò)程與機制一直是學(xué)術(shù)界探究的熱點(diǎn)之一。本研究聚焦海洋動(dòng)物中維持運動(dòng)平衡感知的器官多樣性演化開(kāi)展研究,揭示了海洋動(dòng)物在長(cháng)期進(jìn)化過(guò)程中的運動(dòng)模式與器官形成的演化與調控特征(圖1)。圖1 動(dòng)物界平衡感知器官的多樣性演化研究團隊將水母與硬骨魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳類(lèi)動(dòng)物比較,發(fā)現CHSY1、USH2A、KIAA2026等基因受到明顯正選擇,而這些基因都參與了動(dòng)物的運動(dòng)功能;同時(shí),基于水母與其它近緣物種全基因組結構特征的系統比較,創(chuàng )新性發(fā)現“耳石形態(tài)發(fā)生”(OMs)的基因家族在燈塔水母中發(fā)生特異性丟失,據此,在海月水母中對該基因進(jìn)行原位雜交和RNA干擾實(shí)驗,發(fā)現該基因主要在海月水母平衡囊組織區域表達,而敲降該基因則會(huì )導致海月水母碟狀體無(wú)法正常發(fā)育出平衡囊,證明該基因在水母平衡囊形成中發(fā)揮了重要功能(圖2)。圖2 燈塔水母中的丟失基因及受選擇基因特征本研究基于單細胞轉錄組分析,同步解析了水母逆向發(fā)育過(guò)程中的滯育特征及相關(guān)分子調控機制,提出了逆向發(fā)育和持續休眠狀態(tài)可能是燈塔水母應對不利海洋環(huán)境的適應策略。研究員董志軍、博士生王方晗、副研究員劉雅莉和博士生李勇學(xué)為本文共同第一作者,南海海洋所研究員林強和煙臺海岸帶所研究員董志軍、研究員趙建民為本文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家科技基礎資源調查計劃項目等聯(lián)合資助。論文信息:Zhijun Dong#*,Fanghan Wang#,Yali Liu#,Yongxue Li#,Haiyan Yu,Saijun Peng,Tingting Sun,Meng Qu,Ke Sun,Lei Wang,Yuanqing Ma,Kai Chen,Jianmin Zhao* & Qiang Lin*. Genomic and single-cell analyses reveal genetic signatures of swimming pattern and diapause strategy in jellyfish. 2024 (15):5936. DOI: 10.1038/s41467-024-49848-z.
    2024-07-18
  • 馬建鋒、趙太平等-JP:礦物結構與成分示蹤正長(cháng)巖成因
    堿性巖通常分布在造山帶和板內裂谷背景下,雖然占比很少,但是蘊含著(zhù)豐富的巖漿起源和構造演化等關(guān)鍵信息。正長(cháng)巖是堿性巖中最典型的代表之一,其成因是有高度爭議的,主要觀(guān)點(diǎn)有地幔低程度部分熔融、幔源巖漿結晶分異、巖漿混合和晶體堆積等機制。然而,由于地殼混染和巖漿混合的潛在影響,很難從全巖成分判斷地幔源區熔融還是殼內分異控制著(zhù)堿性元素(K2O和Na2O)含量。正長(cháng)巖中的礦物記錄了堿性巖漿從起源到侵位的全過(guò)程,因此,通過(guò)對各巖漿演化階段的礦物分析,可以評估不同機制的影響程度,從而確定正長(cháng)巖的主要成因方式。針對上述問(wèn)題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生馬建鋒在趙太平研究員指導下,選取華北克拉通南緣1772 Ma三元溝正長(cháng)巖開(kāi)展了詳細的礦物結構、化學(xué)成分與熱力學(xué)模擬研究。該正長(cháng)巖主要礦物組成是單斜輝石、鉀長(cháng)石、石榴石和榍石,單斜輝石和石榴石具有豐富的礦物環(huán)帶,表明巖漿混合發(fā)揮了重要作用(圖1)。通過(guò)計算不同階段的單斜輝石平衡熔體的主微量元素含量,獲取了堿性巖漿從起源到侵位的地球化學(xué)信息。高M(jìn)g#(>85)單斜輝石的平衡熔體具有高M(jìn)g#、CaO/Al2O3和低Hf/Sm的特征,展現出碳酸鹽交代地幔的親和性,微量元素質(zhì)量平衡模型表明,石榴石-尖晶石過(guò)渡地幔低程度(1%~2%)部分熔融可以產(chǎn)生這些高M(jìn)g#熔體(圖2);通過(guò)alphaMELTs模擬高M(jìn)g#平衡熔體的結晶分異過(guò)程,發(fā)現無(wú)論在何種壓力和水含量下都無(wú)法匹配其余平衡熔體的化學(xué)成分,說(shuō)明單一的結晶分異過(guò)程不能解釋正長(cháng)巖的成因(圖3)。低Mg#單斜輝石平衡熔體具有低Mg#值,是地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物,質(zhì)量平衡計算結果表明10%~30%的長(cháng)英質(zhì)熔體參與混合可以形成正長(cháng)巖(圖4)。然而,巖漿混合與結晶分異過(guò)程無(wú)法解釋全巖的K2O、CaO等變化,暗示仍有其它機制參與控制。正長(cháng)巖中鉀長(cháng)石相互連接形成晶體框架,具有堆晶結構,且全巖Eu#高于1,表明鉀長(cháng)石堆晶也是控制K2O含量的機制之一。單斜輝石濕度計顯示高M(jìn)g#平衡熔體具有高水含量(>4 wt%,圖5),在模擬過(guò)程中發(fā)現高水含量可以抑制長(cháng)石的結晶,從而導致熔體中K2O、Na2O含量的再次升高(圖6),最終在淺部地殼發(fā)生長(cháng)石堆晶,這也解釋了為什么堿性熔體無(wú)法突破演化的“熱障”。上述工作表明,地幔源區的部分熔融、殼內巖漿演化、巖漿混合、晶體堆晶過(guò)程都會(huì )控制堿性熔體的成分變化以及正長(cháng)巖的形成。以上研究成果發(fā)表在巖石學(xué)國際權威期刊Journal of Petrology上。相關(guān)的論文信息:Jian-Feng Ma (馬建鋒),Tai-Ping Zhao* (趙太平*),Tong Hou (侯通),Chuan-Hao Qu (瞿川豪). Mineral Textures and Chemistry Trace the Origin and Transcrustal Evolution of the Sanyuangou Syenite in Southern North China Craton. 2024,65,egae056. https://doi.org/10.1093/petrology/egae056.圖1 三元溝正長(cháng)巖礦物結構特征圖2 高M(jìn)g#單斜輝石平衡熔體主微量元素揭示地幔源區特征圖3 三元溝正長(cháng)巖全巖、單斜輝石平衡熔體主量元素特征以及alphaMELTs模擬主量元素變化圖4 三元溝正長(cháng)巖全巖微量元素特征與混合模型圖5 單斜輝石溫度、壓力及平衡熔體水含量圖6 熔體水含量與巖漿混合控制熔體中K2O+Na2O含量變化
    2024-07-19
  • 南海海洋所:基于高分辨率觀(guān)測揭示南海亞中尺度不穩定的高頻變化機制及其垂向熱輸運貢獻
    近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室(LTO)經(jīng)志友團隊,在南海亞中尺度動(dòng)力不穩定的高頻變化特征、物理機制及其垂向熱輸運定量貢獻等觀(guān)測研究方面取得新進(jìn)展,研究成果先后發(fā)表于國際期刊《Geophysical Research Letters》,合作者包括南海海洋研究所博士后鄭瑞璽、河海大學(xué)副教授曹海錦和美國布朗大學(xué)教授Baylor Fox-Kemper。海洋亞中尺度過(guò)程通過(guò)非地轉動(dòng)力不穩定,驅動(dòng)地轉能量正向串級與耗散,并顯著(zhù)增強熱量、營(yíng)養鹽等要素的垂向交換,在海洋物質(zhì)能量循環(huán)和海-氣相互過(guò)程中扮演了不可或缺的重要作用。本研究基于南海高分辨率現場(chǎng)觀(guān)測數據并結合理論分析,揭示了亞中尺度動(dòng)力不穩定的高頻變化機制及其對垂向熱輸運的定量貢獻。研究結果表明,南海混合層對稱(chēng)不穩定的晝夜高頻變化,主要是由大氣非絕熱強迫所驅動(dòng),而非風(fēng)場(chǎng)強迫(down-front wind forcing)。夜間海表冷卻驅動(dòng)的邊界層浮力損失,通過(guò)增強亞中尺度動(dòng)力不穩定和垂向次級環(huán)流,引起約60%的混合層亞中尺度再層化。進(jìn)一步基于國家基金委共享航次計劃重大科學(xué)問(wèn)題航次的觀(guān)測研究表明,海洋渦旋海域普遍存在的鋒面亞中尺度過(guò)程引起的垂向凈熱通量高達100 W/m2,比經(jīng)典地轉理論和傳統認識的中尺度貢獻大1-2個(gè)量級,且影響深度深達150米海洋次表層,對上層海洋具有顯著(zhù)的加熱效應。上述研究首次基于高時(shí)空分辨率現場(chǎng)觀(guān)測定量揭示了海洋亞中尺度動(dòng)力不穩定的快速變化機制及其對垂向熱輸運的重要貢獻,明確了大氣非絕熱強迫的關(guān)鍵調控作用,對進(jìn)一步深入認識和理解海洋亞中尺度動(dòng)力過(guò)程及其生態(tài)氣候效應、海洋與氣候模式的亞中尺度參數化改進(jìn),以及助力“海洋亞中尺度動(dòng)力學(xué)”前沿方向發(fā)展等具有重要科學(xué)意義。該研究主要由國家自然科學(xué)基金項目、國家自然科學(xué)基金共享航次計劃資助完成。圖1 (a)南海高時(shí)空分辨率現場(chǎng)觀(guān)測;(b)TRIAXUS拖體高分辨率觀(guān)測溫度剖面;(c)渦旋活躍海域位溫波數譜圖2 (a)海表浮力通量、側向浮力梯度與動(dòng)力不穩定的晝夜變化;(b)亞中尺度不穩定再層化效應與小尺度混合去層化效應;(c)多尺度垂向熱通量及其波數譜論文信息:Ruixi Zheng and Zhiyou Jing* (2024). Diurnal variability of mixed layer overturning instabilities from glider array observations in the South China Sea. Geophysical Research Letters,51 (11),e2023GL107694. https://doi.org/10.1029/2023GL107694Haijin Cao,Zhiyou Jing*,and Baylor Fox-Kemper (2024). Scale-dependent vertical heat transport inferred from quasi-synoptic submesoscale-resolving observations. Geophysical Research Letters,51 (12),e2024GL110190. https://doi.org/10.1029/2024GL110190
    2024-07-18
  • 南海海底擴張產(chǎn)生和傳播方式研究取得新進(jìn)展
    近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗室張翠梅、孫珍(通訊作者)、趙明輝、張佳政等科研人員,聯(lián)合法國斯特拉斯堡大學(xué)教授Gianreto Manatschal和夏威夷大學(xué)教授Brian Taylor,利用南海北部IODP(綜合大洋發(fā)現計劃)鉆井數據,結合多道反射地震和重磁資料的綜合解釋?zhuān)谀虾:5讛U張產(chǎn)生和傳播方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究發(fā)表于《盆地研究》(Basin Research)期刊上。?位于陸殼和洋殼間的洋陸轉換帶(OCTs)對于研究破裂過(guò)程、初始海底擴張的年齡和位置至關(guān)重要,然而對OCT范圍的劃分卻很少一致,因為沒(méi)有統一的標準,或者資料系統的差異,產(chǎn)生了多種解釋方案,進(jìn)而制約了對初始海底擴張的認識。研究人員根據原始數據集,采用“鉆井約束的綜合地質(zhì)-地球物理”方法,沿走向上定義了南海北部的OCT,探討破裂過(guò)程,并將南海OCT與大西洋型張裂邊緣OCT進(jìn)行了比較。研究結果顯示了整個(gè)南海北部發(fā)育狹窄的OCT,寬5-15公里(圖1a)。OCT兩端的陸殼和洋殼均呈現出復雜的走向分段。減薄陸殼在形狀、趨勢角和基底面粗糙度等方面顯示出規律性變化。洋殼厚度從西部向中部和東部減薄。這些變化部分歸因于繼承的火山弧/弧前的背景。在南海東北部和中央次盆地磁異常C11期間,海底擴張首先在兩個(gè)中心成核(如圖1b中U1502鉆探區),然后分別向西和向東傳播,最終在異常C10r(29Ma)處發(fā)生了貫通(圖1b),東北部和中部陸緣完全破裂。這一結果不支持北部邊緣破裂是通過(guò)從東到西的簡(jiǎn)單傳播模式。研究進(jìn)一步對比了以南海為代表的邊緣海型與大西洋貧/富巖漿陸緣原型,發(fā)現它們有一些相似之處,而在更多方面表現出顯著(zhù)差異;因此,提出在劃分陸緣類(lèi)型時(shí),除巖漿供給外,伸展破裂速率也是需要考慮的重要因素。這項研究不僅深化了我們對邊緣海形成的理解,也為分析全球其它張裂陸緣的巖石圈破裂和海底擴張提供了重要方法和科學(xué)借鑒。論文獲得了廣東省自然科學(xué)基金面上項目、國家自然科學(xué)基金項目,廣州市科技項目的支持,并使用了自然基金委共享航次的部分數據以及國際大洋發(fā)現計劃(IODP)的鉆探成果。論文鏈接:https://doi.org/10.1111/bre.12882圖1 (a)南海北部陸緣走向上OCT的范圍;(b)中部鉆探區破裂在C11時(shí)期成核
    2024-07-17
  • 華南植物園揭示森林類(lèi)型調控土壤有機碳組分差異性響應外源磷輸入機制
    ????熱帶森林對外源養分的供應十分敏感,磷(P)與氮(N)的相對有效性在調控熱帶生態(tài)系統碳收支方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用,然而養分有效性如何調節熱帶森林碳(C)源匯轉換尚不明確。生化選擇過(guò)程中,植物來(lái)源復雜有機物的選擇性保留和微生物周轉形成的大分子有機物均是土壤有機碳(SOC)固持的重要途徑。但是,生物過(guò)程驅動(dòng)的SOC固存響應外源養分輸入的生物驅動(dòng)機制仍有待揭示。????中國科學(xué)院華南植物園恢復生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊依托廣東鶴山森林生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站和和小良熱帶海岸生態(tài)系統定位研究站的長(cháng)期養分添加實(shí)驗平臺,研究了亞熱帶人工純林和混交林植物來(lái)源和微生物來(lái)源的SOC組分對外源養分添加的響應。通過(guò)對來(lái)自全球62篇文獻中的125對土壤養分添加實(shí)驗研究結果的整合分析,量化了P添加對熱帶和亞熱帶森林SOC含量的影響。????研究發(fā)現,兩個(gè)亞熱帶人工林土壤0-20cm SOC含量未隨P添加顯著(zhù)變化,這與整合分析結果一致。但是,土壤微生物群落組成和活性解釋了亞熱帶森林SOC組分對P添加的差異性響應。純林中植物底物質(zhì)量較差,P添加引發(fā)土壤微生物群落組成的改變,導致微生物加速消耗微生物殘體碳(MRC)以補充C源;而混交林中P添加改變植被群落組成,并促進(jìn)微生物對N源的獲取,從而加速了木質(zhì)素和MRC的分解。混交林中微生物來(lái)源碳(特別是真菌MRC)和礦物結合有機C聯(lián)系緊密,預示著(zhù)長(cháng)期P添加引起真菌MRC的減少將不利于熱帶森林土壤SOC的積累和穩定。????相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment上。華南植物園恢復生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊助理研究員李?lèi)倿檎撐牡谝蛔髡撸瑒⒄间h研究員為通訊作者。上述研究得到了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項目資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174672圖. 亞熱帶人工純林和混交林下生物來(lái)源有機碳組分對P添加的差異性響應
    2024-07-17
  • 侯永勝等- JGR-SE:熔體-巖石圈地幔高溫反應實(shí)驗約束夏威夷造盾期巖漿成因
    板塊俯沖和地幔柱活動(dòng)是維系地球活力和實(shí)現地球層圈間物質(zhì)循環(huán)的兩大重要機制。洋島玄武巖通常被認為是研究深俯沖物質(zhì)再循環(huán)與地幔柱活動(dòng)的理想對象,夏威夷島造盾期玄武巖是其中的典范。經(jīng)典模型認為,俯沖榴輝巖物質(zhì)隨地幔柱上升時(shí),榴輝巖熔體與軟流圈地幔橄欖巖由于化學(xué)不平衡發(fā)生反應,首先生成二次輝石巖,隨后二次輝石巖熔體與地幔橄欖巖熔體按不同比例混合,導致夏威夷造盾期巖漿地球化學(xué)成分的多樣性。二次輝石巖模型可以解釋造盾期拉斑玄武巖高M(jìn)gO、低CaO/Al2O3、高Ni含量和同位素富集等地球化學(xué)特征,但無(wú)法系統解釋Mauna Loa和Mauna Kea兩座火山的地球化學(xué)組成區別:盡管Mauna Loa相較于Mauna Kea的巖漿具有更低的CaO/Al2O3,且同位素組成更富集,但兩者的全巖和橄欖石斑晶中的Ni含量卻極為相似。經(jīng)典模型忽視了榴輝巖/輝石巖熔融產(chǎn)生的熔體在遷移過(guò)程中與巖石圈地幔的反應。針對這一科學(xué)問(wèn)題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的侯永勝博士在李洪顏研究員、王煜研究員和徐義剛院士等人的指導下,開(kāi)展了一系列高溫高壓實(shí)驗,模擬地幔柱環(huán)境下熔體與貧瘠方輝橄欖巖地幔的反應,旨在揭示反應溫度、反應時(shí)間和熔巖比例等實(shí)驗條件對熔巖成分的影響,探明經(jīng)過(guò)熔體-巖石圈地幔反應后,熔體成分的演化趨勢。研究取得主要認識如下:1)在高溫條件下,富硅熔體通過(guò)溶解橄欖石并沉淀斜方輝石的方式與巖石圈地幔發(fā)生反應,高溫、長(cháng)反應時(shí)間以及低熔巖比等條件會(huì )加劇反應程度(圖1);2)富硅玄武質(zhì)熔體與方輝橄欖巖在高溫下反應可以演化為貧硅苦橄質(zhì)熔體,在非平衡反應條件下(反應時(shí)間為2小時(shí)),殘余熔體成分受橄欖石溶解、斜方輝石沉淀以及擴散作用的共同控制,隨后在由非平衡向平衡反應的轉換過(guò)程中(反應時(shí)間由2小時(shí)至24小時(shí)),殘余熔體成分主要受擴散作用影響(圖2);3)榴輝巖熔體與巖石圈地幔方輝橄欖巖反應可以直接產(chǎn)生高SiO2、MgO和Ni,低CaO/Al2O3的殘余熔體,類(lèi)似夏威夷造盾期拉斑玄武巖。基于實(shí)驗結果,研究者提出了新的兩階段模型來(lái)解釋夏威夷造盾期玄武巖成因:在軟流圈地幔形成的榴輝巖/輝石巖熔體,在向上運移過(guò)程中與貧瘠的方輝橄欖巖地幔發(fā)生反應,其中Mauna Kea相較于Mauna Loa,熔巖比更低(第一階段);隨后反應熔體在淺部與橄欖巖熔體發(fā)生巖漿混合,其中Mauna Kea相較于Mauna Loa,橄欖巖熔體比例更高(第二階段)。兩個(gè)階段對熔體中的Ni含量具有均衡作用,導致Mauna Kea和Mauna Loa的巖漿和橄欖石斑晶具有相似的Ni含量(圖3)。該研究為理解地幔柱活動(dòng)及其相關(guān)物質(zhì)循環(huán)機制提供了新的視角。研究成果近期發(fā)表在國際地球科學(xué)領(lǐng)域期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上,該研究受到國家自然科學(xué)基金項目(92258303)和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2022YFF0801002)資助。論文信息:Hou,Y. S.(侯永勝),Li,H. Y.*(李洪顏),Wang,Y.(王煜),Zhang,Y. F.(張艷飛),Li,Y.(李元),Xu,Y. G.(徐義剛) (2024). Experimental insights into the petrogenesis of plume-related magmas: Tholeiite-harzburgite interaction at 2–3 GPa and 1400–1500℃. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,129,e2023JB028467.論文鏈接:https://doi/10.1029/2023JB028467圖1. 代表性實(shí)驗產(chǎn)物結構(左圖),包括上方的熔體層、中間的反應邊界層(RBL)和下方的方輝橄欖巖層;反應溫度、反應時(shí)間和熔巖比例對反應邊界層厚度的影響(右圖),邊界層厚度可以代表反應程度圖2. 礦物的溶解-沉淀作用和擴散作用對熔體成分的影響,非平衡狀態(tài)下熔體成分受橄欖石溶解和斜方輝石沉淀的強烈調控,隨后主要受擴散作用影響圖3. 兩階段模型解釋Mauna Loa和Mauna Kea橄欖石斑晶具有相似的Ni含量
    2024-07-16
  • 研究揭示阿留申-阿拉斯加俯沖帶地震活動(dòng)的控制機理
    近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗室邱強研究員,聯(lián)合中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院李琳琳教授、中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗室林間院士和楊曉東副研究員,以及日本東北大學(xué)災害科學(xué)國際研究所的蔡婷博士后,開(kāi)展了關(guān)于阿留申-阿拉斯加俯沖帶地震活動(dòng)規律及其破裂特征的重要研究工作,并在地震破裂類(lèi)型與特征的控制機理方面取得了新認識。相關(guān)成果發(fā)表在《Quaternary Science Advances》期刊上。大洋俯沖帶逆沖大斷裂可產(chǎn)生不同破裂類(lèi)型的地震,例如淺部破裂型海嘯地震、貫穿型海溝破裂地震,理解特定斷層區域的發(fā)震規律和地震破裂類(lèi)型是定量評估地震和海嘯災害的前提。然而,俯沖帶逆沖大斷裂往往位于距陸地幾百公里遠、上千米水深的海溝處,開(kāi)展近斷層觀(guān)測十分困難。因此,量化其活動(dòng)規律與滑移特征存在較大挑戰。研究人員對1750年以來(lái)的歷史地震數據進(jìn)行分析,特別聚焦于2020年Mw 7.8 Simeonof 地震和2021年Mw 8.2 Chignik 地震,發(fā)現Shumagin島嶼東部Semidi段與西部Shumagin段的地震活動(dòng)存在顯著(zhù)差異(圖1)。圖1 阿留申-阿拉斯加俯沖帶區域構造和歷史大地震分布(上圖);自1750年以來(lái)該區域時(shí)空地震破裂分布特征(下圖)研究團隊通過(guò)融合海嘯觀(guān)測數據(DART)和陸地GNSS數據,采用了聯(lián)合反演技術(shù),揭示了這兩次大地震的滑移模式(圖2)。這些地震并未引發(fā)大規模海嘯,原因可能在于它們在淺部的斷裂過(guò)程中受到了結構限制,未能深入海溝。高分辨率地震反射剖面進(jìn)一步證實(shí)了兩地的地質(zhì)構造差異顯著(zhù)(圖3)。研究團隊進(jìn)行的二維全周期地震模擬顯示,復雜斷層結構下的地震破裂模式更不穩定且多樣,東段(Semidi)的地震活動(dòng)更傾向于產(chǎn)生不規則和多樣的大地震,如2020-2021年的地震序列和1938年的地震,而西段(Shumagin)則傾向于較小規模的地震或緩慢滑移(圖4)。當地震能量傳播到淺部并觸發(fā)增生楔中的高角度逆沖斷層系統時(shí),可能導致海嘯風(fēng)險的顯著(zhù)增加(圖5)。圖2 本研究揭示的2020年Mw 7.8 Simeonof(左圖)和2021年Mw 8.2 Chignik地震(右圖)滑移分布特征圖3 俯沖帶斷層結構(下圖)控制下的地震破裂特征(上圖)圖4 阿留申-阿拉斯加俯沖帶區域,斷層結構控制作用下的地震破裂特征圖 5 大洋俯沖帶外增生楔內部結構和寬度控制淺部放大效應的海嘯災害研究結論指出,Shumagin段的地震海嘯災害威脅相對較低,而Semidi段由于其特殊的斷層結構和活躍的地震活動(dòng),具有較高的海嘯災害潛在風(fēng)險。這一發(fā)現強調了斷層結構對地震發(fā)生、破裂類(lèi)型以及海嘯影響的關(guān)鍵作用,為阿留申-阿拉斯加俯沖帶的地震海嘯災害評估提供了科學(xué)依據,對全球地震海嘯災害研究具有重要的實(shí)踐意義。這項研究不僅深化了我們對俯沖帶地震活動(dòng)的理解,也為未來(lái)地震預警和災害管理提供了重要的科學(xué)指導。本研究受?chē)易匀豢茖W(xué)基金項目,中國科學(xué)院項目,廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目的資助。文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666033424000534?via%3Dihub
    2024-07-16
  • 劉亮等-EPSL:主動(dòng)陸緣“手風(fēng)琴式”構造模式轉換的控制機制
    “威爾遜”旋回高度概述了地球板塊構造運動(dòng)的第一級模式特征:新大洋打開(kāi)-大洋板塊俯沖-板塊群匯聚-主洋盆閉合-大陸碰撞,旋回周期約4-6億年。近年來(lái),許多研究表明,自顯生宙(ca. 5.4億年)以來(lái),全球范圍內存在一些比威爾遜旋回更短暫的構造與巖漿活動(dòng)旋回。在1000-5000萬(wàn)年內,許多非碰撞性的主動(dòng)大陸邊緣經(jīng)歷了多期次的擠壓-伸展構造體制轉換,以及巖漿活動(dòng)的峰期與間歇期轉變(我們將這類(lèi)旋回稱(chēng)為“手風(fēng)琴式”旋回)(圖1)。相關(guān)研究表明,這些構造與巖漿活動(dòng)模式的轉變與高浮力塊體進(jìn)入俯沖帶的時(shí)間大致相同或稍晚。由于現有的威爾遜旋回沒(méi)有描述到“手風(fēng)琴式”旋回,所以很難全面概括大多地質(zhì)時(shí)期內主動(dòng)大陸邊緣的地質(zhì)演變。雖然前人進(jìn)行了詳細研究,但對“手風(fēng)琴式”旋回的控制機制尚未達成一致。圖1. 顯生宙以來(lái)“手風(fēng)琴式”構造-巖漿旋回分布簡(jiǎn)圖圖2. “手風(fēng)琴式”構造-巖漿旋回的典型模式。(a)-(c) 模式一:伴隨有海溝跳躍的地塊增生與俯沖模式。(d)-(g) 模式二:沿單一海溝的地塊增生與俯沖模式。(h)-(k) 模式三:無(wú)地塊增生的俯沖模式。針對以上科學(xué)問(wèn)題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的劉亮副研究員在徐義剛院士的指導下,與國內外合作者基于正演模擬與多學(xué)科觀(guān)測聯(lián)合約束的研究思路,針對典型的“手風(fēng)琴式”構造-巖漿旋回案例(圖2),系統正演模擬了含(多個(gè))高浮力地塊的連續俯沖與斷續俯沖過(guò)程(如圖3),通過(guò)與天然觀(guān)測的現象對比,研究表明:含高浮力地塊的不連續俯沖過(guò)程很大程度上控制了模式一、二的發(fā)生(圖3);僅當板片的屈服應力臨界值大且密度小時(shí),含有高浮力地塊的連續俯沖過(guò)程才可導致手風(fēng)琴式構造-巖漿模式的轉變(模式三)。圖2. 含高浮力地塊復合板塊的不連續俯沖模型。這里的復合板塊是指“正常密度”的大洋塊體與高浮力地塊(大洋或大陸屬性)的組合體。C1、C2為第一、二期擠壓,E1、E2為第一、二期伸展。高浮力地塊(的殘留物質(zhì))廣泛分布于地質(zhì)歷史時(shí)期的活動(dòng)陸緣和現今的大洋板塊內部:距今5千萬(wàn)年、3.5億年、5.5億年以來(lái)的增生地塊物質(zhì)分別占到大陸總面積的~15%、~30%、~42%;且~10%的當今洋底由高浮力地塊占據。因此,本項研究所展示的含高浮力塊體的俯沖過(guò)程,可能曾經(jīng)長(cháng)期控制(至少顯生宙以來(lái)的)主動(dòng)大陸邊緣構造-巖漿活動(dòng)的演化,并且可能在可預見(jiàn)的未來(lái)內扮演同等重要的角色。該項研究的開(kāi)展,初步填補了威爾遜旋回對新大洋開(kāi)啟后、陸-陸碰撞前大陸構造-巖漿模式頻繁轉變的描述空缺,并揭示了高浮力地塊斷續進(jìn)入俯沖帶對主動(dòng)陸緣“手風(fēng)琴式”構造-巖漿模式轉變的控制作用。?????? 研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Earth and Planetary Science Letters。本項研究受到國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項目(42330305)和重大研究計劃集成項目(92355302)的共同資助。論文信息:Liu,L.(劉亮),Li,L.J.(劉麗軍),Xu,Y.G.(徐義剛),Morgan,J.P.,2024,Earth and Planetary Science Letters,641,118861. 全文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X24002942?via%3Dihub
    2024-07-15
  • 南海深海發(fā)現幽靈蛸目新種——擬幽靈蛸
    中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗室(LMB)譚燁輝研究團隊聯(lián)合上海海洋大學(xué)對海南島東南海區深水800-1000米采集到一個(gè)與幽靈蛸相近的標本進(jìn)行了系統的研究。通過(guò)形態(tài)學(xué)和基因的比較分析等,明確其與幽靈蛸存在明顯差異,確定其是幽靈蛸目新種——擬幽靈蛸(Vampyroteuthis pseudoinfernalis Qiu, Liu & Huang, sp. nov.)。中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗室(LMB)譚燁輝研究團隊聯(lián)合上海海洋大學(xué)對海南島東南海區深水800-1000米采集到一個(gè)與幽靈蛸相近的標本進(jìn)行了系統研究。通過(guò)形態(tài)學(xué)和基因的比較分析等,明確其與幽靈蛸存在明顯差異,確定其是幽靈蛸目新種——擬幽靈蛸(Vampyroteuthis pseudoinfernalis Qiu,Liu & Huang,sp. nov.)。相關(guān)研究成果已在線(xiàn)發(fā)表于分類(lèi)科學(xué)期刊《Zoological Systematics》上。中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員邱大俊為論文第一與通訊作者,上海海洋大學(xué)教授劉必林為共同合作者之一。1903年德國海洋生物學(xué)家 Carl Chun最早在深海發(fā)現了幽靈蛸(Vampyroteuthis infernalis),隨后不同的科學(xué)家把其定名為不同的名稱(chēng)。1939年Grace E. Pickford把這10個(gè)不同定名的生物中歸為一個(gè)種類(lèi),即幽靈蛸。直到到不久之前,幽靈蛸目只有一個(gè)現存物種被大家所認可——幽靈蛸。在分類(lèi)學(xué)上,幽靈蛸屬于幽靈蛸目、幽靈蛸科、幽靈蛸屬。此物種常生活在熱帶與亞熱帶大洋水深600至900米之間,該深度水體中氧氣含量很低。2016年9月,在海南島東南海區800—1000米水深采集到一個(gè)類(lèi)似幽靈蛸的標本(圖1),經(jīng)過(guò)其與幽靈蛸形態(tài)比對,發(fā)現二者在形態(tài)上存在著(zhù)明顯的差異,包括尾部的形態(tài)、下角質(zhì)顎的形狀、發(fā)光器的位置。同時(shí),線(xiàn)粒體COI基因與核基因28S rDNA系統進(jìn)化分析中呈現出兩個(gè)遺傳距離較大的分支,且具有較高的支持值(圖2,3)。在此基礎上,將南海采集的標本形態(tài)特征與歷史報道的10個(gè)同物異名種的形態(tài)特征進(jìn)行了系統的比較分析,確認南海采集到的標本與之前報道的同物異名種有著(zhù)明顯的差異。最終,我們確定采集到的標本為幽靈蛸屬一個(gè)新物種,成為幽靈蛸目已知的第二個(gè)現存物種;并定名為擬幽靈蛸(Vampyroteuthis pseudoinfernalis Qiu,Liu & Huang,sp. nov.)。擬幽靈蛸與幽靈蛸二者形態(tài)特征的區別:擬幽靈蛸具有尖尾、下角質(zhì)顎翼寬長(cháng)、發(fā)光器位于鰭與尾尖的中點(diǎn),而幽靈蛸無(wú)尾、下角質(zhì)顎翼較短、發(fā)光器位于鰭與身體末端的三分之一處(表1)。該研究主要由國家自然科學(xué)基金項目資助完成。相關(guān)論文信息:Dajun Qiu*,BilinLiu,Yupei Guo,W. A.S.W. Lakmini,Yehui Tan,Gang Li,Zhixin Li,Liangmin Huang. Vampyroteuthis pseudoinfernalis sp. nov.:the second extant widespread deep sea squid species of Vampyromorpha (Cephalopoda: Coleoidea). Zoological Systematics 2024. DOI: 10.11865/zs.2024210.文章鏈接:https://www.zootax.com.cn/EN/10.11865/zs.2024210圖1. 擬幽靈蛸(Vampyroteuthis pseudoinfernalis sp. nov.)形態(tài)圖圖2. 基于線(xiàn)粒體 COI 基因序列構建的頭足類(lèi)系統發(fā)育樹(shù)圖?(黑體為本研究采集到的序列)圖3 基于核基因LSU? rDNA序列構建的頭足類(lèi)系統發(fā)育樹(shù)圖?(黑體為本研究采集到的序列)表1. 幽靈蛸與擬幽靈蛸形態(tài)特征與分布比較表幽靈蛸Vampyroteuthis infernalis s.s.擬幽靈蛸Vampyroteuthis pseudoinfernalis?sp. nov.尾部形態(tài)無(wú)尾? 2007 MBARI尖尾發(fā)光器位置一對發(fā)光器位于位于鰭與身體末端的三分之一處。? 2007 MBARI一對發(fā)光器位于鰭與尾尖的中點(diǎn)。下角質(zhì)顎形狀下角質(zhì)顎翼寬短http://tolweb.org/notes/?note_id=5249下角質(zhì)顎翼寬長(cháng)分布墨西哥灣、西北大西洋、南太平洋、北太平洋、印度洋。南海、北太平洋、墨西哥灣、北大西洋、佛得角群島。參考文獻Lu & Ickeringill,2002;Young,2019;http://tolweb.org/notes/?note_id=5249.本研究
    2024-07-11