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科研动态共计 1,403 条信息

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1 全球海洋微生物组的生物合成潜力 2022-07-01

瑞士苏黎世联邦理工学院微生物研究所联合生物信息学研究所等多家单位开展了海洋生物合成基因簇的多样性与新颖性研究,这项研究表明微生物学驱动策略能够在未被探索的微生物群和环境中发现以前未被了解的酶和天然产物,该研究成果于2022年6月22日发表于《自然》(Nature)期刊。 天然微生物群落具有系统发育和代谢多样性的特征,驱动着全球生物地球化学循环,为食物网的构建和动植物的健康提供支撑。除了未被充分开发的生物群体,这种多样性还包含了对生态和生物技术相关的酶和生化化合物的丰富发现潜力。然而,研究这种多样性以确定这些化合物合成的基因组途径,并将它们与各自的宿主匹配,在目前仍是一个挑战。全球范围内对基因组解析数据的分析目前仍十分受限,在公共海域微生物的生物合成潜力很大程度上也仍然未知。过去十年间的技术进步使得研究人员可以直接(即不经过培养)从整个群落(宏基因组学)或单个细胞中对微生物DNA片段进行测序。将这些片段组装成更大的基因组片段并分别重建多个宏基因组组装基因组(MAGs)或单个扩增基因组(SAGs)的可能性,为以前以分类群为中心的微生物组(即微生物群落及其在给定环境中的遗传物质)的研究开辟了新的途径。最新的调查很大程度上扩展了地球上微生物多样性的系统基因组表征方式,并揭示了不同微生物组中的大部分功能多样性在过去并没有被培养微生物的参考基因组序列(REFs)所捕获。 对于海洋——地球上最大的生态系统,有超过三分之二的全球宏基因组数据仍然下落不明。因此,海洋微生物组的生物合成潜力及其作为新酶学和天然产物库的潜力在很大程度上仍未得到充分开发。研究人员通过整合所培养的10000个来自于单细胞生物的微生物基因组以及25000个来自于1000多个海水样本的重建基因组,分析了海洋生物合成基因簇的多样性与新颖性。通过不断试验,共发现约40000个新型生物合成基因簇(BGC),其中大多数来自尚未表征的基因簇家族(GCF)。在这些基因簇的类群中,包含一种含量十分丰富的生物合成基因簇(Candidatus Eudorem icrobiaceae),它类属于一个未培养的细菌门,显示出这个特有环境下最具生物合成多样性的微生物。在此基础上,研究人员表征了磷酸肽和吡咯酰胺的合成基因组途径,并发现了一些不寻常的生物活性化合物结构与酶学信息。(刘思青 编译) 查看详细>>

来源:《自然》 点击量:0

2 气候变化可能导致必需omega-3脂肪酸急剧减少 2022-07-01

全球气候变化已经导致海冰消失、海平面加速上升、更长更猛的热浪以及其他影响。美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)科学家最近一项对全球海洋浮游生物脂质的研究表明,随着全球变暖的继续,在食物网底部的浮游生物产生的Omega-3(脂质分子的一个重要子集)脂肪酸将越来越少,这意味着鱼类和人类可获得的Omega-3脂肪酸将减少。Omega-3脂肪酸是人体无法自行产生的必需脂肪,有利于心脏健康。相关研究成果已发表于《科学》(Science)杂志上。 脂质是生命各个领域的生物体产生和使用的一类生物分子,常用于能量储存、膜结构和信号传导。几十年来,海洋学家一直将脂质作为化学和生物过程的生物标志物,并对其生物地球化学进行了大量研究。然而,直到最近,高分辨率质谱仪和下游分析工具的结合才允许在调查其他分子(如核酸和蛋白质)的规模上对海洋脂质进行全面的无目标评估。 研究人员调查了2013-2018年7次海洋研究巡航期间收集的146个地点的浮游生物脂质体的质谱数据集,并使用统一的高分辨率精确质谱分析工作流程对930个全球海洋的脂质样本进行了分析,揭示了迄今为止未知的海洋浮游生物脂质体特征。 研究人员检查了带有甘油的10大类脂质(即甘油脂质)的饱和状态,并发现在这些类别中,脂肪酸的不饱和度(即碳碳双键的数量)从根本上受到温度的限制,温度对构建脂肪酸种类的相对丰度有很大影响。此外,研究人员发现,在较低的温度下,含有更多不饱和脂肪酸的脂类物种会明显转变为在最高温度下完全饱和的物种。这些趋势在所有其他的甘油脂类以及所有甘油脂类的总聚集脂质体中也很明显。 科学家们还发现,二十碳五烯酸(EPA)物种的丰度百分比与温度有很大关系。为了确定在未来变暖的条件下,EPA组成的上限和下限可能如何变化,他们利用世纪末的海面温度条件生成了不同气候情景下的地图。研究指出,在SSP5-85气候情景(温室气体持续高排放的最坏情况)下,一些海洋区域,特别是高纬度地区,EPA的含量会比现在急剧下降25%。因此科学家们预测在下个世纪,必需脂肪酸EPA将大幅减少,这可能会对渔业产生严重的有害影响。 该项研究是人类活动如何以人类从未预料到的方式扰乱海洋的又一个例子,它也在一定程度上体现了海洋将如何应对气候变暖的不确定性。(刁何煜 编译) 查看详细>>

来源:美国伍兹霍尔研究所 点击量:0

3 英NOC提出二氧化碳海底封存监测新方法 2022-07-01

碳捕集与储存(CCS)被认为是应对气候变化更有效的方式之一。该过程包括捕获在发电、制氢和合成氨以及钢铁制造等工业过程中产生的二氧化碳(CO2),然后通过管道、油轮、公路或船舶运输,最后将CO2直接注入岩层或枯竭的油气藏。CCS是将全球气温升高控制在1.5℃以下的关键缓解策略,海上封存可以提供高达13%的全球CO2减排目标。 英国国家海洋学中心(NOC)在苏格兰海岸开展和主导的一项研究表明:CCS过程中将CO2储存在海底既可行又安全,且目前可以通过新技术检测和量化微小的CO2排放量。相关研究成果发表在《可再生能源与可持续能源评论》(Renewable and Sustainable Energy Reviews)上。 研究人员在Aberdeen东北130公里处的北海进行了一项实验,他们在海床以下120米和3米的深度模拟了为期12天的CO2排放,以测试新技术是否能够检测到非常小的CO2排放。这种方法可以监测到CO2释放了多少以及从何处释放。这项开创性的试点研究为长期监测海上CO2储存库的技术发展指明方向。 研究人员能够使用声学、化学和物理方法监测海洋环境任何CO2排放,并确定泄漏的位置,这是以前无法实现的。研究证明使用被动和主动声学技术(包括安装在自主水下航行器上的系统)可以检测和量化非常少量的CO2。研究人员将现有技术与NOC的新传感器和最先进的建模工作相结合,在确保海上CO2储存安全方面向前迈出了重要一步。(李亚清 编译) 查看详细>>

来源:英国国家海洋研究中心 点击量:0

4 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

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