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1 自然资源部第三海洋研究所在深海微生物多环芳烃代谢与调控机制研究方面取得重要进展 2021-10-22

近日,自然资源部第三海洋研究所“深海微生物代谢机制与环境作用创新团队”在深海微生物多环芳烃代谢与调控机制研究方面取得重要进展。研究成果于2021年10月在美国微生物学会旗下权威学术期刊“mSystems”(5年影响因子:7.6,JCR一区)上发表,题目为“An intracellular sensing and signal transduction system that regulates the metabolism of polycyclic aromatic hydrocarbons in bacteria”。创新团队首席邵宗泽研究员为文章的通讯作者,首席助理王万鹏研究员为文章的第一作者。 多环芳烃(PAHs)是具有两个或多个苯环的疏水性化合物,在全球海洋、陆地和大气中广泛分布。PAHs可以通过大气层传输,扩散至偏远的洋区。在深海水中,PAHs倾向于吸附在悬浮颗粒上,并沉积至海底沉积物。此外,海底火山爆发、洋中脊热液活动等海底活动也可产生PAHs。因此,即使在热液区、甚至洋壳深部等极端海洋环境中,也会发现PAHs的存在。最近,同济大学李江涛等人在Nature发文报道,IODP钻井下地壳岩芯样品中也存在PAHs降解菌的活动(Li et al.,2020)。 自2005年,我们率先开展了大洋深海PAHs降解多样性与代谢机制的研究。发现深海细菌Cycloclasticus在大西洋、太平洋、北冰洋、印度洋等各大洋深海沉积物、水体与热液环境中广泛分布,是优势PAHs降解菌(Cui et al.,2008;Dong et al.,2015;Wang et al.,2008;Wang et al.,2020)。最近,我们首次解析了分离自太平洋深海沉积物高效PAHs降解菌Cycloclasticus sp.P1对多种多环芳烃代谢机制,发现了萘\菲\芘不同代谢途径与关键基因(Wang et al.,2018)。 尽管国内外已经能对海洋PAHs降解菌多样性与代谢途径研究有了较为系统的研究,但是细菌是如何发现环境中PAHs、如何将胞外的PAHs信号转导到细胞内,并驱动趋化、吸收与代谢过程等等,这些过程尚鲜为人知。为回答这些问题,我们以海洋环境中广泛分布的PAHs降解细菌Cycloclasticus为研究对象开展相关研究,确定了参与多环芳烃胞内感受、信号转导和不同种类PAHs降解途径调节的关键基因。结果显示,多环芳烃特异性地与二聚体环苷酸环化酶(PdgC)结合,导致环二聚体GMP(c-di-GMP)的生成),随后与两种CRP/FNR家族调节蛋白DPR-1和DPR-2结合。c-di-GMP分别激活DPR-1和DPR-2的转录功能,正向调控芘和菲/萘等PAHs的降解途径基因表达。这是国际上首次对细菌降解PAHs相关的细胞内信号转导途径的报道。研究结果有助于深入认识细菌的烃代谢调控网络及其对PAHs污染环境的响应机制。 该研究得到了国家自然科学基金“水圈微生物”重大研究计划重点项目(91851203)、国家自然科学基金“优青”项目(41922041)及创新团队建设经费的支持。 论文链接:https://journals.asm.org/doi/10.1128/mSystems.00636-21   查看详细>>

来源:国家海洋局第三海洋研究所 点击量:0

2 自然资源部第一海洋研究所在泰国湾沉积有机质“源-汇”过程方面研究取得新进展 2021-10-22

近期,自然资源部第一海洋研究所地质室石学法研究员的研究团队联合中国海洋大学和泰国海洋与海岸资源研究中心的科学家在热带海域—泰国湾沉积有机碳“源-汇”过程的研究中取得新进展。 泰国湾地理位置独特,海陆相互作用强烈,高温、强降雨、强侵蚀以及人类活动等因素都深刻影响着沉积有机碳的“源-汇”过程。为探究热带近海沉积有机质的组成、分布、来源以及迁移过程,研究团队在泰国湾这个典型的东南亚热带陆架海围绕沉积有机质的输入和埋藏及其对沉积环境和人类活动的指示方面开展了系统研究。结果显示,泰国湾沉积有机质来源主要以海洋源为主,陆源有机质主要分布在内湾河口以及泰国湾中部现代沉积区,并且受到人类活动的影响。泰国湾现代沉积有机质来源具有空间异质性,热带河流输入和季风驱动的动力沉积环境(如层化和沿岸流等)可促使陆源沉积有机碳发生显著的分异和向海扩散,并在陆架形成陆源有机质的沉积中心。 研究首次从有机分子水平上评估了河流输入和沉积动力条件对东南亚近海陆源有机碳的输运与埋藏过程的影响,揭示了沉积动力分选作用对泰国湾不同类型沉积有机碳运移和空间分异的影响机制。该成果有效提升了人们对亚洲大陆边缘不同纬度沉积有机碳的来源和输运、埋藏等过程的整体认识。 该成果近期发表在AGU国际主流期刊《Journal of Geophysical Research:Biogeosciences》上,白亚之为论文第一作者,胡利民和乔淑卿为共同通讯作者,依托国家自然科学基金、全球变化与海气相互作用专项以及泰山学者项目。 查看详细>>

来源:国家海洋局第一海洋所 点击量:1

3 中国科学院海洋研究所在季节内风场对近期印度洋偶极子事件的调制研究方面取得进展 2021-10-22

印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole,IOD)是热带印度洋年际气候变化的主要模态,对气候和环境有重要影响。IOD与ENSO(厄尔尼诺与南方涛动)有着紧密的联系,但是又有一定的独立性。2019和2016年发生了极端的正、负IOD事件,但热带太平洋却处于中性状态或者弱La Ni?a(拉尼娜)状态。这类极端IOD事件爆发背后的动力学机制仍不清楚。一些研究推测,2016年和2019年的极端IOD事件是由风场的季节内变化激发的。中科院海洋所袁东亮研究员团队利用海洋环流模式实验,评估了季节内风场通过海洋非线性对IOD事件年际变化的调制影响。结果表明,调制的年际海表温度异常(SSTA)和海平面高度异常(SLA)比观测年际异常小很多,表明IOD主要由低频风强迫。研究成果在国际气候学研究学术期刊Climate Dynamics(IF=4.375)在线发表。 团队研究表明,尽管2019年秋冬季热带印度洋发生了强烈的季节内东风事件,但其调制的年际SSTA在2019年正IOD事件的成熟和终止阶段只起次要作用。2016年5月至7月中旬发生了一系列季节内西风事件,但其直接调制的SSTA在东南印度洋很弱。同时,他们在热带印度洋东边界附近发现了一种新的季节内非线性调制机制,即海洋赤道波在东边界的反射导致纬向流减速,从而通过纬向非线性平流在2016年春夏季调制产生低频的下降开尔文波。然而,由东边界反射引起的调制异常远小于总的年际异常。总起来说,季节内风场调制对IOD的发生和发展影响不显著。 热带太平洋和印度洋年际气候异常事件造成全球气候异常,目前对其产生的最主要的假设之一是所谓的“季节内调制效应”,即热带印太大气经常发生的季节内振荡(如MJO等),通过海洋非线性产生初始的年际异常,再通过海气耦合正反馈机制放大,形成ENSO和IOD事件的爆发。这项研究结果,结合团队前期关于太平洋季节内风场通过海洋非线性对年际信号只有极弱调制效应的论文研究(Zhao et al.2019),显示ENSO和IOD等极端年际气候异常事件,不大可能是由大气季节内振荡诱发。而西边界非线性反射和印尼贯穿流的“海洋通道”作用,可能是值得进一步探究的重要动力过程。以上两篇论文,对ENSO等极端年际异常事件的爆发机制,提出了颠覆性挑战。 以上研究得到了中科院先导专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目等的支持。 文章信息: Zhao Xia,Dongliang Yuan,(2021).Evaluation of intraseasonal wind rectification on recent Indian Ocean dipole events using LICOM,Climate Dynamics,https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-021-05943-1. 查看详细>>

来源:中科院海洋研究所 点击量:0

4 中国科学院海洋研究所在气候模式系统性误差研究取得重要突破 2021-10-22

气候模式系统性误差是导致未来气候变化评估存在很大不确定的主要原因,因此模式误差的起因和影响已经成为国际气候模式对比计划最重要的研究内容之一。中科院海洋所张荣华课题组朱聿超副研究员等人利用最新发布的CMIP6数据,结合湍流观测和数值模拟,首次对热带太平洋次表层温盐误差进行系统性研究,揭示了海洋过程在该误差产生中的关键作用。该成果发表于国际学术期刊Journal of Climate(IF=5.148)和Climate dynamics(IF=4.375)上。 气候变化的原因与未来变化趋势的预测一直都是海洋和大气研究领域中的重要内容。数值模式是进行气候研究的重要工具,然而模式结果与观测之间通常存在较大的系统性差异。这些误差是当前模式中的共性问题,其严重限制了模式的模拟和预报能力。近10年来,耦合模式性能得到了一定的提升,但其对海洋温盐场的模拟几乎没有任何改善。目前对模式误差的研究仅局限于海表面温度误差,但对次表层模拟情况的认识不足。 朱聿超等人利用最新发布的CMIP6数据,发现气候模式在热带西北太平洋和5°N以内的赤道区域产生一个过浅的温跃层,而在热带东北太平洋产生一个过深的温跃层。同时以8°N为中心形成偶极子结构的温跃层强度误差。热带北太平洋中的温跃层误差主要是由海表面风应力旋度误差引起,其又可以进一步归因于热带北太平洋长期存在的double-ITCZ误差。此外,热带东北太平洋中的温跃层误差又可以归因于海洋模式中背景扩散系数的不真实表征。当用观测的扩散系数代替当前模式中的给定值,可以有效提高模式中热带东北太平洋的温跃层强度。温跃层误差会严重影响海洋环流的模拟,主要包括NECC模拟偏弱,海洋内部向赤道的水体输运模拟过少和边界过于向东延伸。 该研究揭示了海洋过程在模式误差产生中的重要作用,并阐明该误差对大尺度气候模拟的影响。研究成果被政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告第一工作组报告《气候变化2021:自然科学基础》引用。论文作者还包括中科院海洋所张荣华研究员、李德磊副研究员以及自然资源部第二海洋研究所陈大可院士。研究得到了国家自然科学基金、中科院战略先导科技专项等项目资助。 文章信息: Zhu,Y.,R.-H.Zhang,and D.Li,2021a:An ocean modeling study to quantify wind forcing and oceanic mixing effects on the tropical North Pacific subsurface warm bias in CMIP and OMIP simulations.Clim.Dyn.https://doi.org/10.1007/s00382-021-05946-y Zhu,Y.,R.-H.Zhang,D.Li,and D.Chen,2021b:The Thermocline Biases in the Tropical North Pacific and Their Attributions.J.Climate,34,1635-1648. 查看详细>>

来源:中科院海洋研究所 点击量:0

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