近日，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（LTO）/全球海洋和气候研究中心（GOCRC）王春在研究员团队揭示了印度夏季风降水引发2022年7月西北太平洋极端海洋热浪的物理机制，相关成果发表在Nature子刊npj Climate and Atmospheric Science。LTO博士研究生宋强华为论文第一作者，王春在研究员和姚玉龙副研究员为共同通讯作者，合作者包括中山大学范汉杰副教授。 2022年7月，西北太平洋高纬度海域发生了极端的海洋热浪事件，区域平均海表温度异常最高可达5℃，部分区域甚至超过8℃，成为有史以来发生在该海域最强的海洋热浪事件。鉴于此，本研究使用卫星观测数据、再分析资料以及气候数值模式研究了此次极端海洋热浪的发生发展机制。 研究发现，此次极端海洋热浪的主要成因来自于大气强迫，即在发生海洋热浪海域的上空，形成了一个强大的大气阻塞高压系统。在高压系统影响下，大气对流减弱、云量减少，从而导致来自太阳的短波辐射增多。这一过程使得海表温度迅速升高，从而引发了该海域史无前例的海洋热浪事件。而研究通过气候诊断方法和数值模式表明印度夏季风极端降水释放的巨大潜热产生了大气扰动，通过准定常罗斯贝波的传播，产生并增强了这个强大的阻塞高压。同时，本研究还发现印度夏季风降水量与西北太平洋海温的相关性在2011年之后显著增强（R=0.97,p<0.01），这进一步证明了印度夏季风降雨增强是触发2022年7月西北太平洋极端海洋热浪的主要原因。 综上所述，本研究揭示了印度夏季风降水与西北太平洋海洋热浪之间的物理联系，凸显了洋际相互作用对西北太平洋高纬度海域海洋热浪的影响，研究结果为后续西北太平洋海洋热浪的预测提供了理论依据。 该研究由国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金青年项目等共同资助。 相关论文信息：Song,Q.,Wang,C.,Yao,Y.,&Fan,H.(2024).Unraveling the Indian monsoon’s role in fueling the unprecedented 2022 marine heatwave in the Western North Pacific.npj Climate and Atmospheric Science,7(1),90. 网址：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00645-x 查看详细>>

近日，自然资源部第三海洋研究所董西洋研究员课题组在Science Advances（Science系列综合类子刊，中科院一区top）发表了题为“A vast repertoire of secondary metabolites potentially influences community dynamics and biogeochemical processes in cold seeps”的研究论文。该研究深入探讨了深海冷泉微生物产生次级代谢产物的潜力，并分析了这些产物对冷泉微生物群落动态和生物地球化学过程的潜在影响。 深海冷泉通常位于大陆架边缘，主要由甲烷等烃类化合物组成的流体通过海底断层或裂缝等特定通道从沉积层喷涌或渗漏而形成。与依赖光合作用的生态系统不同，冷泉生态系统的初级生产力主要来源于微生物通过化能合成作用利用烃类化合物和无机物，使得冷泉成为生物量和生物多样性极高的“深海绿洲”。然而，为了在有限的资源和空间中竞争，冷泉微生物必须采取各种策略。其中一个关键策略是通过生物合成基因簇编码合成天然产物，即次级代谢产物。这些产物在化学结构、生物合成途径和生理功能上各不相同，许多具有潜在的药用价值。 为了探究化能合成作用驱动的冷泉深部生物圈中微生物合成次级代谢产物的潜力，并解析这些产物在生态系统中的潜在功能，研究者分析了来自全球9个冷泉区的81个宏基因组、33个宏转录组和7个代谢组。通过宏基因组组装和分箱，获得2479个中、高质量的细菌和古菌基因组。在这些基因组中，一共预测到2865个生物合成基因簇，涉及到11个古菌门和52个细菌门。其中，仅有3个生物合成基因簇与已知参考数据库相匹配；大多数生物合成基因簇由在冷泉甲烷和硫循环中扮演关键角色的细菌和古菌所编码，同时也识别出一些尚未被报道的富含生物合成基因簇的微生物门类（如SZUA-182和Myxococcota等）。这表明冷泉微生物群落蕴藏着极其多样且新颖的生物合成基因簇。 冷泉微生物合成的天然产物对生态系统中的群落动态平衡和生物地球化学过程极为重要。一方面，许多生物合成基因簇负责编码合成具有抗菌活性的化合物，如细菌素和多种类型的多肽，这些化合物可作为宿主微生物的防御手段和微生物群落内部的竞争武器。另一方面，冷泉微生物合成的天然产物能够帮助宿主微生物获取营养物质和介导生物地球化学循环，如膦酸酯、铁载体和抗氧化剂等。这些微生物基因组的生物合成基因簇广泛分布且在原位活跃表达；此外，不同生物合成基因簇的丰度和转录水平与沉积物的深度及具体位置有关。进一步的沉积物代谢组学分析也证实了多种次级代谢产物的存在，且其中大多数产物不能通过和现有数据库比对鉴定出来。这些发现不仅证实了冷泉生境中生物合成基因簇的活跃性，还突显了冷泉微生物的化学合成潜力尚未被充分挖掘。 的来说，这些研究结果揭示了冷泉沉积物作为天然产物的重要储库具有巨大潜力，同时阐释了化能合成生态系统中微生物的适应机制。此外，这些天然产物构成了一个潜在的“蓝色药库”，为新药开发提供了宝贵的资源。 董西洋研究员和上海交通大学硕士生张田雪钰为论文共同第一作者。董西洋研究员、夏金梅副研究员和邵宗泽研究员为论文共同通讯作者，上海海洋大学吴伟超研究员为冷泉沉积物的代谢组分析做出了重要的贡献。其他参与者包括彭用一、刘心悦、韩迎春、陈向威、高志增和Chris Greening等。本研究受到福建省自然科学基金、海洋三所基本科研业务费、同济大学海洋地质国家重点实验室开放基金以及中国博士后科学基金等项目资助。 论文原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl2281 查看详细>>

近日，国际化工领域三大顶级期刊之一《Chemical Engineering Science》在线发表了题为“Experimental study on the cold-seep methane hydrate formation kinetics”的文章，报道了中国科学院海洋研究所在冷泉水合物生成动力学方面的最新研究成果，揭示了冷泉甲烷水合物形成的动力学过程，对深入了解南海冷泉甲烷水合物的形成机制及水合物资源动态生成过程的认识具有重要意义。 天然气水合物是气体（自然界中主要是甲烷）与水分子在高压低温条件下形成的结晶化合物，广泛分布于自然界的深海冷泉区。虽然已有实验室和原位实验对水合物的形成进行了大量研究，但是以前的实验室内实验主要采用纯水或者人工海水，脱离真实的原位环境；而原位实验由于技术的限制无法对水合物形成动力学过程进行精准监测。因此，目前缺乏对原位冷泉甲烷水合物形成动力学的详细研究。 针对上述问题，中国科学院海洋研究所张鑫团队从我国南海北部台西南冷泉区（Site F）通过保真取样技术获取了原位的冷泉喷口流体，在实验室内利用该流体及连续时间序列拉曼光谱技术进行了真实海洋环境的可控实验，对冷泉甲烷水合物的生成动力学过程进行了实时的监测和观察。本实验采用积分时间为10秒的连续时间序列拉曼光谱，观测到从溶解态甲烷向水合物态甲烷的逐渐转变过程，从而获得了冷泉甲烷水合物生成动力学的详细信息。此外，还提出了一种通过连续时间序列拉曼光谱测定水合物成核时间的新方法，可以将成核时间的确定精度提高至十秒。 通过对实验结果的处理分析，提出了一个冷泉甲烷水合物的生成动力学模型，将该动力学过程分为三个阶段：甲烷溶解阶段、不稳定成核阶段、稳定生长阶段。结果表明甲烷溶解阶段受冷泉流体中盐类的抑制作用影响，持续时间较长；而不稳定成核阶段会出现不定形水合物结构，但是时间很短（10秒内）；最后是水合物晶体的稳定生长阶段。该模型阐明了冷泉甲烷水合物的生成动力学过程，对理解冷泉环境中的甲烷水合物形成机制以及水合物资源富集的动态过程具有重要意义。 中国科学院海洋研究所博士研究生张怡童为文章第一作者，张鑫研究员为文章通讯作者，栾振东正高级工程师、杜增丰副研究员为文章共同作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目联合资助。 论文信息及链接： Y.Zhang,Z.Du,S.Xi,L.Ma,Z.Luan,X.Zhang,Experimental study on the cold-seep methane hydrate formation kinetics,Chemical Engineering Science(2024),doi:https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120144 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所陈楠生课题组在硅藻基因组学研究方面取得新进展，成功构建了首个热带骨条藻（Skeletonema tropicum）的高质量染色体水平参考基因组，相关研究成果发表在国际数据集期刊Scientific Data（Q1，IF=9.8）。这是该团队在2023年成功构建海洋优势浮游植物玛氏骨条藻（Skeletonema marinoi）染色体水平基因组之后完成的第二个骨条藻属物种的基因组。 硅藻是海洋中最重要的浮游植物类群之一，多样性和生物量极高，贡献了约40%的海洋初级生产力和50%的海洋碳输出通量，在海洋食物网和生物地球化学循环中扮演重要角色。硅藻种类众多，估计有12,000-200,000个物种。然而，自第一个硅藻基因组（伪矮海链藻Thalassiosira pseudonana）于2004年得到构建以来，迄今仅有十几个硅藻物种的基因组得到构建，且大部分基因组为草图水平。其中仅四个硅藻物种（伪矮海链藻、三角褐指藻Phaeodactylum tricornutum、Fistulifera solaris和玛氏骨条藻）的染色体水平基因组得到构建，严重制约了硅藻生态学和演化研究进展。骨条藻属（Skeletonema）是我国近海的优势浮游植物，也是海洋生态系统中的重要初级生产者，多种骨条藻物种可引发赤潮，危害海洋生态环境。前期基于胶州湾全年逐月的宏条形码研究发现，玛氏骨条藻在冬季胶州湾的相对丰度尤其高，而热带骨条藻在夏秋季节占优势。通过对其线粒体基因组和叶绿体基因组比较分析表明其结构的保守，未能揭示两种骨条藻的环境适应机制。染色体水平的玛氏骨条藻基因组的构建发现显著扩张的光相关基因家族可能是该藻适应环境的重要机制。然而热带骨条藻的染色体基因组尚未构建，阻碍了其生态适应和系统进化的深入研究。 在以前研究基础上，研究团队综合采用利用Illumina测序、PacBio测序和Hi-C辅助基因组组装技术，首次构建了热带骨条藻完整的染色体水平的参考基因组。热带骨条藻基因组大小为78.78 Mb，挂载到23条染色体，contig N50长度为606.27 Kb，scaffold N50为3.17 Mb。热带骨条藻共注释了20,613蛋白编码基因，其中86.14%的基因可以注释到功能。研究发现热带骨条藻基因组与玛氏骨条藻基因组具有较好的共线性关系。热带骨条藻高质量染色体水平基因组的构建，对于利用比较基因组和比较转录组方法解析其环境适应机制提供了重要平台。 本项目由海洋生态与环境科学重点实验室陈楠生团队完成，特别研究助理刘淑雅为第一作者，陈楠生研究员为通讯作者。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金等项目资助。 【论文链接】Shuya Liu,Nansheng Chen*.Chromosome-level genome assembly of marine diatom Skeletonema tropicum.Scientific Data,11,Article number:403(2024).https://doi.org/10.1038/s41597-024-03238-8. 查看详细>>