近日，中国科学院海洋研究所董冬冬研究员团队与南方科技大学海洋科学与工程系海洋地球物理团队合作，利用地震学背景噪声成像技术，在青藏高原东北缘及邻区的地壳变形机制研究中取得重要进展。研究成果以“Seismic azimuthal anisotropy of northeastern Tibetan Plateau from ambient noise double beamforming tomography:implication for crustal deformation”为题发表在地球科学自然指数期刊Journal of Geophysical Research-Solid Earth。 青藏高原的隆起是新生代（~50 Ma）以来印度板块与欧亚板块持续碰撞的结果。关于青藏高原岩石圈形变的动力学机制，目前主要有几种端元模型：分布式缩短模型（岩石圈纯剪切增厚）；陆内俯冲模型（亚洲岩石圈俯冲到印度岩石圈之下，岩石圈地幔与地壳解耦）；地壳通道流模型（下地壳物质的横向运动）等。青藏高原东北缘作为高原向华北块体扩张的前缘地带，是研究高原隆升、向外扩张生长的关键区域，而关于该区域的地壳形变模式一直存在较大争议。因此，通过地震学成像手段构建高分辨率的地壳精细结构可以为认识青藏东北缘地壳形变机制提供关键证据。 地震波方位各向异性是指地震波速度对传播方位的依赖关系，是研究地壳（岩石圈）变形模式的重要手段。研究团队利用中国地震科学探测项目ChinArray II地震台网记录的三分量连续地震波形数据，发展了一种基于密集台阵的背景噪声成像方法——双聚束成像（Double Beamforming Tomography），可同时提取相速度和方位各向异性信息。进而构建了青藏高原东北缘高分辨率地壳及上地幔剪切波速度结构和方位各向异性模型。 研究结果显示：（1）松潘—甘孜东北部和祁连造山带中下地壳（>15 km）具有明显的低速异常，但具有不同的方位各向异性特征。其中，松潘-甘孜东北部的中下地壳Vs<3.4 km/s，且具有较强的近E-W指向方位各向异性特征；而祁连造山带下方的各向异性强度相对较弱，Vs约为3.4-3.6 km/s，高于松潘-甘孜中下地壳。这些观测表明，两者的中下地壳变形机制存在差异。进一步结合区域其他地质地球物理资料（径向各向异性，接收函数，热力学模拟等），我们认为青藏高原是呈阶梯式扩张模式，而松潘-甘孜东北部和祁连造山带分别代表了高原发育的不同阶段。其中，松潘-甘孜的隆起是与印度-欧亚板块的碰撞同期的，代表了高原发育相对成熟的地带，地壳变形主要受地壳通道流控制（各向异性模型限定的地壳流上边界约为30 km深）；而祁连造山带是青藏高原扩张的前缘地带，其隆升代表了高原生长的早期阶段，主要由地壳剪切增厚主导，但不排除其正处于地壳流发育的萌芽阶段；（2）通过计算壳内剪切波分裂延迟时间及快轴方向并与观测的SKS做对比，发现在阿拉善块体东部至鄂尔多斯地块西边界处存在壳幔解耦变形，而西秦岭造山处伴随造山活动壳幔发生垂直相干变形。本研究为认识青藏高原东北缘地壳变形机制、推断青藏高原扩张生长过程提供了重要的地震学观测证据。 论文的第一作者为中科院海洋所博士后吴晓阳。南方科技大学海洋科学与工程系郭震副教授，陈永顺讲席教授为论文共同通讯作者，合作者还包括南方科技大学海洋科学与工程系李世林、于勇研究助理教授和博士后白启鹏。研究得到国家自然科学基金资助。 论文信息：Wu,X.Y.,Guo,Z.,Li,S.L.,Yu,Y.,Bai,Q.P.&Chen,Y.S.(2023).Seismic azimuthal anisotropy of northeastern Tibetan Plateau from ambient noise double beamforming tomography:implication for crustal deformation.Journal of Geophysical Research-Solid Earth.Doi:10.1029/2022JB026109 查看详细>>

近日，国际学术期刊Cell的子刊Cell Reports刊发了中国科学院海洋研究所在海洋动物细胞程序性死亡方面的最新研究成果。 Gasdermin是细胞焦亡的执行者。长期以来，细胞焦亡研究主要集中于脊椎动物，无脊椎动物仅在珊瑚中发现了功能性gasdermin（研究团队2020年研究成果，以封面文章形式发表在国际学术期刊Science Immunology上）。深入研究发现，最大的动物门类蜕皮动物不具有gasdermin，第二大动物门类贝类具有gasdermin。然而，贝类gasdermin的免疫功能未知。 皱纹盘鲍是我国最具经济价值的水产贝类之一。研究发现，caspase-3特异性剪切皱纹盘鲍gasdermin，产生两种形式的N端片段；活化的N端片段能够介导细胞焦亡，并具有杀菌功能。Gasdermin N端片段能够靶向细胞核，诱导细胞核裂解及基因组DNA释放，形成胞外陷阱，发挥抗菌功能。抑制gasdermin激活促进了病原在皱纹盘鲍组织内的定植，导致宿主存活率显著下降。该研究首次揭示了贝类细胞焦亡的激活机制及其抗感染免疫作用，为贝类免疫防御提供了新的认知，亦为贝类良种创制与病害防控提供了新的思路。 中科院海洋所博士研究生秦鹍鹏为该论文第一作者，姜帅研究员为共同第一作者及共同通讯作者，孙黎研究员为lead contact。 相关论文：Qin Kunpeng,Jiang Shuai,Xu Hang,Yuan Zihao,Sun Li,Pyroptotic gasdermin exists in Mollusca and is vital to eliminating bacterial infection.Cell Rep,2023.42(5):p.112414.　　 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124723004254 查看详细>>

　近日，中国科学院海洋研究所李晓峰课题组在基于深度学习算法反演全球浮游植物色素浓度方面取得重要进展，研究成果发表于遥感领域顶级期刊Remote Sensing of Environment（IF=13.85）。 浮游植物不仅是海洋的初级生产者，更是海洋生物地球化学循环过程中至关重要的载体，其群落结构关系到海洋生态环境的变化，是了解海洋动力过程驱动生态演变的重要指示因子。浮游植物的色素浓度，是其分类及分析其群落结构的重要依据。利用海洋光学遥感可以获取浮游植物色素浓度相关的光学吸收信息，但受海水光学特性多变和浮游植物光学吸收过程中“打包效应”的影响，难以在全球范围内同时反演多种浮游植物色素浓度。 该研究基于长期搜集的现场HPLC数据和MODIS卫星遥感数据，构建了全球浮游植物色素浓度匹配数据集，首次实现全球海洋范围17种浮游植物色素浓度的反演，并据此获得不同浮游植物类群在全球海洋的分布情况。 论文的深度学习模型构建过程中，充分考虑了海水中其它物质对浮游植物色素浓度反演的影响，利用残差网络和多尺度金字塔结构，来实现多种色素浓度同时反演时复杂非线性关系的获取和多尺度特征学习。该全球浮游植物色素浓度反演模型可用于研究长时序海洋浮游植物类群的变化过程，揭示海洋大尺度动力过程对海洋浮游植物群落结构的影响。 研究表明，基于深度学习算法可有效反演大时空尺度下的浮游植物色素浓度，从而分析全球海洋的浮游植物群落动态。在2015/2016年厄尔尼诺事件期间，原核生物占主导地位的海域从180°E向东延伸到150°W。2003年至2021年，原核生物丰度与厄尔尼诺强度呈正相关，但与整个浮游植物群落的丰度呈负相关。 论文第一作者为中科院海洋所高级工程师李晓龙，共同作者包括中科院海洋所硕士研究生杨艺和日本名古屋大学教授Joji Ishizaka，通讯作者为中科院海洋所研究员李晓峰。 文章信息： Xiaolong Li,Yi Yang,Joji Ishizaka and Xiaofeng Li*.(2023).Global estimation of phytoplankton pigment concentrations from satellite data using adeep-learning-based model.Remote Sensing of Environment,294,113628. https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113628 查看详细>>

中国科学院海洋研究所贝类研发团队承担的中科院战略性先导科技专项“美丽中国生态文明建设科技工程”——“服务于‘美丽海洋’的生物调控技术与示范”子课题，在牡蛎适应性机制解析及抗性提升技术研发领域取得了阶段性新进展，相关成果近期发表于环境科学领域期刊Science of the Total Environment、Marine biotechnology等。 在全球气候变化加剧和极端天气频发的背景下，海洋生物面临着严峻的生存考验。在海洋生物资源保护与利用领域，生物适应潜力预测与适应性提升一直是学术界和产业界共同关注的热点问题。潮间带海域是海洋与陆地的交汇区，受来自海洋、陆地和大气中多种环境因素以及人类活动的直接与间接影响，其环境具有高变异性；牡蛎作为经济与生态价值兼备的潮间带优势种，与潮间带环境共同构成了研究海洋生物与环境互作效应的理想研究体系。 人们经常会关注到，潮间带牡蛎的体型比潮下带牡蛎要小很多，与市场售卖的养殖牡蛎相比，形态更是千差万别。其实这些外型截然不同的牡蛎很可能是一个物种，造成这种差异的原因主要是牡蛎所处的环境不同。科学家把这种同一基因型的个体在不同环境中表现出不同表型的现象称之为表型可塑性，这是包括牡蛎在内的海洋生物重要适应机制。 海洋所贝类研发团队以“牡蛎-潮间带环境”为研究体系，经过系统的比较检测发现，潮间带牡蛎与潮下带牡蛎不仅在生长指标、营养物质组成和含量上不同，其对高温、干露等胁迫环境的抗性也存在显著差异，特别是在高温条件下，潮间带牡蛎要比潮下带牡蛎具有更强的响应弹性和抗性。研究团队对潮间带牡蛎与潮下带牡蛎进行了基因组结构变异的检测，结果并未发现两者基因组结构有明显差异，表明潮间带与潮下带牡蛎的表型差异主要来源于环境引起的表型可塑性；继续研究发现，以DNA甲基化为代表的表观遗传修饰是介导这一表型可塑性的重要机制。在此基础上，团队成员进一步探究了潮间带环境对牡蛎后代的影响，解析了跨代可塑性（transgenerational plasticity）介导的“环境记忆”是否存在及其内在分子机制问题，并基于环境调控进行了适应性提升技术的研发与应用。 研究人员对野生潮下带和潮间带牡蛎群体进行了连续两代的人工繁育得到F1和F2代并于潮下带环境中同质养殖。对这三代牡蛎进行比较研究发现，在能量代谢状态和机体抗氧化能力相关表型中，三代潮间带牡蛎群体均与潮下带牡蛎群体存在显著差异；在高温条件下，三代潮间带牡蛎表现出相似的高温反应范式，其应激响应模式与潮下带牡蛎存在差异，即潮间带环境诱导的抗性相关表型的跨代可塑性是存在的。DNA甲基化测序结果显示，三代潮间带牡蛎群体均与潮下带牡蛎存在基因组甲基化分化，在亲本潮间带潮下带甲基化差异基因中，有43%（1655个）可连续遗传至F2；在高温应激实验中，有14%（320个）的高温响应基因能从亲本连续遗传两代，后续也通过抑制基因组DNA甲基化的方法反向证实了甲基化在调控高温适应中发挥积极作用。总之，潮间带环境诱导的适应性相关的表型可塑性可至少遗传两代，且DNA甲基化是介导跨代可塑性的重要机制。 相关成果首次从表观遗传学的角度揭示了牡蛎环境诱导性表型变异的跨代遗传现象及其机制，不仅为海洋生物适应性性状的形成和适应潜力的预测提供了新见解，丰富了海洋生物适应性理论，更为基于环境调控提升牡蛎适应性的相关技术研发提供了新的思路。基于该原理，研究团队已申报了多件牡蛎适应性提升技术与牡蛎礁构建相关的专利，并在牡蛎修复性养殖与牡蛎礁生态系统重构中获得应用。 中科院海洋所博士后王新星为文章第一作者，李莉研究员为通讯作者。本研究除得到中科院战略性先导科技专项支持外，还得到了国家贝类产业技术体系等项目的共同资助。 相关论文： [1]Wang Xinxing;Cong Rihao;Li Ao;Wang Wei;Zhang Guofan;Li Li;Transgenerational effects of intertidal environment on physiological phenotypes and DNA methylation in Pacific oysters,Science of The Total Environment,2023. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162112　　 [2]Wang Xinxing;Cong Rihao;Li Ao;Wang Wei;Zhang Guofan;Li Li;Experimental DNA demethylation reduces expression plasticity and thermal tolerance in Pacific oysters.Marine biotechnology.2023. https://doi.org/10.1007/s10126-023-10208-5　　 [3]Wang Xinxing;Li Ao;Wang Wei;Zhang Guofan;Li Li;Direct and heritable effects of natural tidal environments on DNA methylation in Pacific oysters(Crassostrea gigas),Environmental Research,2021. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111058　　 [4]Wang Xinxing;Li Ao;Wang Wei;Que Huayong;Zhang Guofan;Li Li;DNA methylation mediates differentiation in thermal responses of Pacific oyster(Crassostrea gigas)derived from different tidal levels,Heredity,2021. https://doi.org/10.1038/s41437-020-0351-7 查看详细>>