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1 中国科学院南海海洋研究所揭示南海上层与深层环流之间的中尺度动力联系 2022-06-30

近期,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室舒业强研究员团队与中山大学王东晓教授、美国伍兹霍尔海洋研究所黄瑞新教授、厦门大学薛惠洁教授、中国科学院深海科学与工程研究所谢强教授等合作,在南海上层海洋中尺度扰动激发深海强动力过程及其动力机制研究方面取得系列研究进展,相关研究成果发表在《Journal of Physical Oceanography》、《Journal Geophysical Research:Oceans》、《Frontiers in Marine Science》期刊上。 在复杂地形区域深海环流具有强的季节内变率。通过分析西沙群岛附近多套潜标观测资料,研究发现深海地形罗斯贝波与深海涡旋主导了西沙海域深海环流变率(Shu et al.,2022)。深海地形罗斯贝波具有显著的底层强化特征,而深海涡旋的强度在近底层表现为垂向衰减。这两种深海中尺度动力过程对西沙海域深层环流的解释方差达到60%。研究表明,底层强化的地形罗斯贝波与深海涡旋均为深层环流对上层中尺度扰动的动力响应。上层中尺度扰动在复杂地形区域引起了水柱跨越等深线的运动,水柱的压缩/拉升导致了水体位势涡度的变化,进而通过共振激发底层强化的地形罗斯贝波。而当一对冷、暖涡西移经过海山地形时:一方面,对于深层而言,在冷涡的东侧(即暖涡的西侧)水柱压缩,由于位涡守恒,深层出现负涡度而诱发深海涡旋;另一方面,冷、暖涡旋的交界面将形成一个强的锋面,出现强的北向流轴,北向流与海山地形相互作用,由于摩擦效应在海山西侧会形成负涡度,进一步加强了深海涡旋。深海涡旋与底层强化的地形罗斯贝波很可能由于其强的流速剪切,在突变地形区域激发了强的深层亚中尺度动力过程,导致了其能量正向串级,并贡献于局地强混合。 多年的潜标观测资料进一步表明南海北部深海地形罗斯贝波在频率和强度上呈现显著的空间分布,主要特征为,深海高频地形罗斯贝波能量自吕宋海峡往西沿陆坡区域减弱、低频地形罗斯贝波在东沙以西陆坡区域能量较强(Wang et al.,2021)。相对应地,南海北部上层环流季节内变化呈现高频与低频两个主要频段,高频的上层季节内变化从吕宋海峡沿陆坡向西迅速衰减,而低频的上层季节内变化在北部陆坡上存在两个高值中心(Xu et al.,2021)。这种上层环流不同频率季节内变化通过共振在陆坡区域激发深海地形罗斯贝波,进而影响深海环流季节内变率在频率与强度上的空间分布特征(Wang et al.,2021)。 上述研究成果是继舒业强团队2016年观测发现南海深海地形罗斯贝波后,在南海中尺度环流垂向动力耦合方面取得的系列进展,该成果建立了南海上层与深层中尺度环流之间联系的桥梁,丰富了对南海深海环流变率的认知。   本研究获得了国家自然科学基金、广东省南方海洋科学与工程实验室(广州)团队项目和热带海洋环境国家重点实验室自主项目的资助。 相关文章信息: 1.Shu Y.*,Wang J.,Xue H.,Huang R.-X.,Chen J.,Wang D.,Wang Q.,Xie Q.,Wang W.(2022)Deep-current intraseasonal variability interpreted as topographic Rossby waves in the Xisha Islands of the South China Sea.J.Phys.Oceanogr.,52(7):1415-1430.https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0147.1 2.Wang,J.,Shu,Y.*,Wang,D.,Xie,Q.,Wang,Q.,Chen,J.,Zu T.,Liu D.,He Y.(2021).Observed variability of bottom-trapped topographic Rossby Waves along the slope of the northern South China Sea.J.Geophys.Res.:Oceans,126,e2021JC017746.https://doi.org/10.1029/2021JC017746 3.Xu W.,Shu Y.*,Wang D.,Chen J.,Wang J.,Xie Q.,Wang Q.,Liu D.,Zu T.,He Y.(2021)Features of intraseasonal variability observed in the upper-layer current in the Northern South China Sea.Front.Mar.Sci.,8:777262.https://doi.org/10.3389/fmars.2021.777262 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:9

2 我国首台深远海漂浮式风电平台启航 2022-06-30

日前,由我国自主研发的首台深远海漂浮式风电平台“扶摇号”启航,成为我国进军深远海能源开发领域的利器。此次,哈尔滨工程大学船舶工程学院深海工程技术团队承担了风机一体化结构健康监测系统的研制,助力“扶摇号”海上争风。 2019年,哈工程承接了国内首套深远海漂浮式风机平台结构健康动态监测系统的研制任务,经过3年努力,完成了“扶摇号”首次全过程动态结构响应的数据采集任务。 据技术团队负责人、哈工程船舶工程学院教授曲先强介绍,该监测系统可以获取平台运动和系泊参数,从而对叶片和发电机组进行调节控制,达到风机的最大发电量。还可对平台结构进行实时动态监测,可保障漂浮式风机在设计寿命期内安全运行。 据悉,该监测系统由运动监测系统、气隙监测系统、腐蚀监测系统等10个子系统集成,系统国产率达到100%,实现了动态信号与机组主控系统和岸基设备的实时通信。 曲先强介绍,今年5月系统开始安装调试,团队要在72小时内布置完成所有测点,包括约2000米量级的数据线布置和连接、子系统现场调试、整体系统联调、优化算法、升级软件系统、数据传输对接等一系列工作。 “布置测点时间紧迫,必须选取最有意义的测点先行布置。”“测试现场可能会下大雨,一定要做好设备、传感器的防风、防水工作。”虽然团队成员大部分都在哈尔滨,但前方技术和后方成员配合默契,顺利完成了各项任务。现场服务团队连续奋战72小时,克服了时间紧、任务重、连续降雨和配套设施缺乏等困难,抢在风机拖航前完成了系统安装调试。 在“扶摇号”的总装、拖航、海上安装和系统调试过程中,团队成员连续坚守14个日夜,获得了深远海漂浮式风电装备的第一手实测数据,填补了我国深远海漂浮式风电领域数据空白,为“扶摇号”顺利运行保驾护航。 “扶摇号”漂浮式风电平台是中国船舶集团下属中船海装风电股份有限公司牵头,国内自主研发的深远海漂浮式海上风电成套装备一体化示范工程。 查看详细>>

来源:中国自然资源部 点击量:7

3 移动基因组增加弧菌基因组可塑性的机制获揭示 2022-06-29

6月27日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员王晓雪团队通过研究珊瑚体内具有生态竞争的假交替单胞菌和弧菌之间的互作,揭示了一种移动基因组增加弧菌基因组可塑性,驱动弧菌遗传和表型多样化的机制。相关研究成果以“Mobile Genetic Elements Used by Competing Coral Microbial Populations Increase Genomic Plasticity”为题,在线发表于The ISME Journal(《国际微生物生态学学会杂志》)。 弧菌属是物种多样性最丰富的细菌属之一,包含能引起人类疾病的病原体霍乱弧菌、副溶血弧菌和创伤弧菌,以及感染鱼类、珊瑚和其它海洋无脊椎动物的溶珊瑚弧菌、罗氏弧菌和溶藻弧菌等。弧菌是珊瑚共生总体的重要成员,具有多样的代谢活性,参与珊瑚共生体的有机质代谢和元素循环。弧菌大多具有生长快,运动能力强,生物膜形成能力强等特点,在复杂有机质丰富的区域容易过度生长降低珊瑚共生微生物物种多样性,影响珊瑚健康。对比健康和疾病珊瑚个体微生物多样性发现,珊瑚感染疾病后,微生物多样性明显降低。 假交替单胞菌是珊瑚共生微生物的重要类群,其与弧菌具有相同的营养利用,占据相同的生态位,彼此之间会频繁竞争互作。以往的研究发现,假交替单胞菌由于其可以通过分泌活性化合物直接杀死弧菌、或者抑制群体感应等方式对抗弧菌,也因此被认为是一种潜在的珊瑚益生菌。 本研究利用团队前期建立的一种无创采样方法,从健康的丛生盔型珊瑚的消化循环腔中分离到优势的假交替单胞菌和溶藻弧菌。研究发现当溶藻弧菌与假交替单胞菌共培养时会产生部分弧菌突变株。深入的机制研究发现,来自假交替单胞菌属的两个可自主移动的遗传元件,一个整合接合元件(integrative and conjugative element,ICE)和一个可移动基因岛(mobilizable genomic island,MGI)的紧密合作,触发了溶藻弧菌中一个重要的“适应性基因岛”(Vibrio phenotype influencing island,VPII)的切除,导致溶藻弧菌的生物膜形成能力和噬菌体抗性显著降低,但同时其运动性增强,利于向其他生态位扩张。研究还发现,这些移动基因组(mobilome)成员(ICE、MGI和VPII)在革兰氏阴性菌中广泛存在,表明移动遗传元件的协同作用可能在增加微生物组成员的基因组可塑性方面非常普遍。 珊瑚共生菌往往会采取多种策略来抑制弧菌的过度生长,该研究报道了一种新的策略,共生细菌利用移动基因组来增加竞争对手的基因组可塑性,导致生态位分化,维持珊瑚共生总体中微生物物种多样性,为利用珊瑚共生菌维持珊瑚共生总体菌群平衡保护造礁珊瑚的健康提供了技术支持。 南海海洋所副研究员王鹏霞为该论文的第一作者,王晓雪为该论文的通讯作者。本研究工作得到广东省本土创新团队、国家自然科学基金、中科院青促会、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)重大专项等项目的资助。 相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41396-022-01272-1 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:6

4 中国科学院海洋研究所破译首个深海甲壳动物(深海水虱)基因组 2022-06-24

近日,中国科学院海洋研究所李富花研究员课题组和李新正研究员课题组合作破译了国际上首个深海甲壳动物——深海水虱(Bathynomus jamesi)的基因组,并揭示了深海水虱体型巨大化和深海寡营养环境适应的独特分子遗传机制。 此研究是继深海软体动物和深海管虫等深海物种之后,首次报导深海甲壳动物基因组,为揭示甲壳动物独特的深海环境适应性进化和遗传机制提供了重要分子证据。相关研究成果“Genome of agiant isopod,Bathynomus jamesi,provides insights into body size evolution and adaptation to deep-sea environment”发表在生物学Top期刊BMC Biology上。 等足类是甲壳动物中少有的既包含水生、半陆生和完全陆生物种,包含深海和浅海物种的类群。不同生态位的类群在体型上存在巨大差异,其中,深海等足类呈现出体型巨大化现象。理论上讲,深海环境极其恶劣,其寡营养环境不利于巨型生物的生存,因其需要更多的绝对能量。深海水虱是深海巨型等足类的代表性物种,它们因保持世界上最长的绝食时间记录(5年以上)而广受关注。深海水虱基因组的破译为揭示巨型甲壳动物适应深海寡营养环境的独特分子机制提供了重要基础。 研究人员首先完成了深海水虱基因组的测序和组装,构建了高质量的基因组图谱,其基因组组装大小达5.89 Gb,是目前已测序甲壳动物中基因组最大的物种。研究发现其基因组中转座元件的含量高达84%,是引起基因组扩张的重要原因。通过比较基因组学分析,研究人员发现深海水虱基因组内多条生长相关信号通路上的基因发生了显著扩张,包括两条激素信号通路(thyroid and insulin hormone signaling),mTOR信号通路和Hippo信号通路,说明深海水虱体型巨大化的形成可能与其强化的生长相关信号通路密切相关。 深海水虱拥有一个被填满食物的巨大的胃,占身体体积的2/3,还具有发达的用于存储有机物质的组织——脂质体。为了解析深海水虱营养高效利用机制,研究人员对深海水虱不同组织进行了转录组测序和分析,结果发现大量糖代谢和膜泡运输相关的基因家族在深海水虱基因组上发生了显著扩张,且特异性地在胃和肠道中高表达,提示其可能与能量的高效利用相关。此外,研究人员发现脂质体内脂质的积累主要得益于其较低的脂质代谢效率,而非高效的脂质合成能力。 中科院海洋所袁剑波副研究员、张晓军研究员和寇琦副研究员为文章共同第一作者,李富花研究员、李新正研究员和相建海研究员为文章通讯作者。研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。 论文链接: https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-022-01302-6 查看详细>>

来源:中科院海洋研究所 点击量:10

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