来自深海的警告：远古大灭绝蕴含着当今气候危机的线索

来自深海的警告：远古大灭绝蕴含着当今气候危机的线索 杜克大学地球与气候科学助理教授迈克尔-A-基普（Michael A. Kipp）说："这一事件以及类似事件是我们在地球过去所拥有的对未来几十年和几百年将要发生的事情的最好模拟。基普是6月24日发表在《美国国家科学院院刊 》上的一项研究的合著者，该研究测量了1.83亿年前导致海洋物种灭绝的海洋氧气流失情况。"在侏罗纪时期，鱼龙和矛龙等海洋爬行动物十分繁盛，现代南非的火山活动在 50 万年里释放了约 20500 千兆吨二氧化碳（CO2）。这加热了海洋，导致海洋失去氧气。从意大利南部马尔卡托-圣塞韦里诺（Mercato San Severino）地段采集的意大利石灰岩含有古代海洋化学的分子痕迹。对这些岩石的分析有助于解释侏罗纪早期的火山活动是如何导致海洋脱氧和大灭绝的。资料来源：乔治梅森大学的马里亚诺-雷米雷兹（Mariano Remírez）。其结果是海洋物种的窒息和大规模灭绝。合著者、乔治-梅森大学助理研究教授马里亚诺-雷米雷斯说："这是一个类比，但不是一个完美的类比，它可以预测未来人为碳排放造成的海洋氧气损失情况，以及这种损失对海洋生态系统和生物多样性的影响。"研究人员通过对携带有可追溯到火山爆发时期的化学物质的石灰岩沉积物进行研究，估算出了远古海洋中氧气含量的变化。在全球多达8%的远古海底，氧气一度被完全耗尽，这个区域的面积大约是美国面积的三倍。自 18 世纪和 19 世纪工业革命开始以来，人类活动释放的二氧化碳相当于侏罗纪火山活动期间释放量的 12%。但基普说，如今大气中二氧化碳释放的速度之快在历史上是前所未有的，因此很难预测何时会发生另一次大灭绝或灭绝的严重程度："我们没有经历过如此严重的事件。我们经历了历史上最迅速的二氧化碳排放事件，但它们仍然不够迅速，无法与我们今天经历的事件相提并论。我们扰动系统的速度比以往任何时候都要快。研究至少量化了这次事件中海洋氧气损失的情况，这将有助于制约我们对未来情况的预测。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

化石记录揭开气候变化灭绝风险的秘密

化石记录揭开气候变化灭绝风险的秘密 艺术再现三叠纪晚期与气候变化相关的物种灭绝事件之前（左）和之后（右）的海底场景。资料来源：Maija Karala在地球生命史上，过去的气候变化（通常由火山活动导致的温室气体自然变化引起）是无数物种灭绝的原因。但是，迄今为止，人们还不清楚是什么因素导致物种对这种变化的适应力增强或减弱，也不清楚气候变化的程度如何影响物种灭绝的风险。在牛津大学研究人员的领导下，这项新研究通过分析过去 4.85 亿年来海洋无脊椎动物（如海胆、蜗牛和贝类）的化石记录，试图回答这个问题。海洋无脊椎动物有丰富的化石记录，而且研究得很透彻，因此可以确定物种灭绝的时间和可能的原因。信息图表总结了研究发现的决定物种因气候变化而灭绝风险的关键特征和因素。资料来源：Miranta Kouvari（科学图形设计）。研究人员利用涵盖9200多个属的29万多条化石记录，整理出了一个可能影响灭绝恢复力的关键特征数据集，其中包括以前未深入研究过的特征，如偏好温度。研究人员将这些特征信息与气候模拟数据相结合，建立了一个模型，以了解哪些因素在气候变化期间对确定灭绝风险最为重要。主要发现作者发现，受气候变化影响较大的物种更容易灭绝。特别是，在不同地质阶段气温变化达到或超过 7°C 的物种更容易灭绝。作者还发现，在极端气候条件下（如极地地区）的物种更容易灭绝，而只能在狭窄的温度范围（尤其是低于 15°C 的温度范围）内生活的动物灭绝的可能性要大得多。然而，地理范围的大小是预测灭绝风险的最有力因素。地理范围较大的物种灭绝的可能性要小得多。体型也很重要，体型较小的物种更容易灭绝。所研究的所有特征对灭绝风险都有累积影响。例如，同时具有较小地理范围和较窄热范围的物种甚至比只具有其中一种特征的物种更容易灭绝。该研究的第一作者库珀-马拉诺斯基（牛津大学地球科学系）说："我们的研究发现，地理范围是预测海洋无脊椎动物灭绝风险的最有力因素，但气候变化的幅度也是预测灭绝的重要因素，这对当今面临气候变化的生物多样性具有影响。"目前，人类驱动的气候变化已经将许多物种推向或超越了灭绝的边缘，这些结果有助于确定面临最大风险的动物，并为保护它们的战略提供依据。领衔作者艾琳-索普教授（牛津大学地球科学系）说："地质历史的证据表明，根据气候变化的预测，全球生物多样性面临着严峻的未来。特别是，我们的模型表明，生活在两极或热带地区、热范围小于15°C的物种可能面临最大的灭绝风险。然而，如果局部气候变化足够大，就会导致全球范围内的物种大量灭绝，有可能使我们更接近第六次物种大灭绝。据研究小组称，未来的工作应探索气候变化如何与海洋酸化和缺氧（海水缺氧）等其他可能导致物种灭绝的因素相互作用。布里斯托尔大学地理科学学院的研究人员也参与了这项研究。布里斯托尔大学的丹-伦特（Dan Lunt）教授说："这项研究表明，在地球历史上，海洋生物的灭绝风险与气候变化密不可分。当我们不顾一切地继续通过燃烧化石燃料造成气候变化时，这应该成为对人类的一个严酷警告。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落 微生物被认为是地球上最早的生命形式，其证据蕴藏在 35 亿年前的岩石中。这些岩石中含有这些远古生物留下的地球化学和形态标记，如特定的化合物和结构。然而，生命起源于地球的时间和地点，以及这些早期微生物群落中物种多样性的形成时间，至今仍不清楚。证据很少，而且常常存在争议。 PC版： 手机版：

量子计算能够开启对衰老的新认识 深刻改变生物研究

量子计算能够开启对衰老的新认识 深刻改变生物研究 在《计算分子科学》（WIREs Computational Molecular Science）杂志的一篇新论文中，来自临床阶段人工智能（AI）驱动的药物发现公司Insilico Medicine（以下简称"Insilico"）的研究人员展示了如何将量子计算整合到生物体研究中，以便更深入地了解衰老和疾病等生物过程。2023 年 5 月，Insilico、多伦多大学加速联盟和富士康研究院发表研究成果，成功证明了量子生成对抗网络在生成化学中的潜在优势。这些研究成果发表在美国化学学会的《化学信息与建模期刊》上。生物网络是相互关联的。就像只知道配料不足以理解如何烹制一道菜肴一样，只知道基因或蛋白质的清单也不足以理解它们是如何相互作用的。资料来源：Insilico Medicine在这篇最新论文中，Insilico 的研究人员全面介绍了如何将人工智能、量子计算和复杂系统物理学的方法结合起来，帮助研究人员推进对人类健康的新认识，并详细介绍了物理学引导的人工智能领域的最新突破。他们写道，虽然人工智能已成为帮助研究人员处理和分析大型复杂生物数据集的宝贵工具，从而找到新的疾病途径，并在细胞水平上将衰老和疾病联系起来，但在将这些见解应用于体内更复杂的相互作用方面，人工智能仍面临挑战。研究人员指出，为了全面了解生物体的内部运作，科学家们需要多模式建模方法，以管理三个关键领域的复杂性：规模的复杂性、算法的复杂性以及数据集日益增加的复杂性。生物学对量子计算的需求"虽然我们不是一家量子公司，但利用新的混合计算解决方案和超标量器提供的速度优势的能力非常重要。随着这种计算成为主流，我们就有可能进行非常复杂的生物模拟，并发现针对各种疾病和年龄相关过程的具有理想特性的个性化干预措施。我们很高兴看到我们在阿联酋的研究中心能在这一领域提出有价值的见解，"合著者、Insilico Medicine 公司创始人兼联合首席执行官亚历克斯-扎沃龙科夫（Alex Zhavoronkov）博士说。生物系统内的生物过程从细胞到器官再到整个身体，系统之间存在大量复杂的相互作用。解释这些过程需要在多个尺度上同时进行。而生物数据的获取已经达到了以前无法想象的水平。例如，"千人基因组计划"（1000 Genomes Project）是一个人类基因变异目录，已发现 900 多万个单核苷酸变异（SNV）；英国生物库（UK Biobank）包含了英国志愿者的 50 万个基因组的完整序列。我们需要庞大的计算能力来分析和处理这些数据。在每一个层次上，都有一种最常用的方法来研究这一层次的组织。人工智能在每个层次都显示出潜力。量子计算为加快人工智能求解器和传统技术的速度并提高其效率提供了可能。资料来源：Insilico Medicine研究人员写道，量子计算在增强人工智能方法方面具有得天独厚的优势允许研究人员同时对生物系统的多个层面进行解释。由于量子比特能同时保持 0 和 1 的值，而经典比特只能保持 0 或 1 的值，因此量子比特的计算速度和能力都大大提高。作者指出，量子计算已经取得了重大进展，其中包括 IBM 最近首次推出的公用事业级量子处理器和该公司首台模块化量子计算机，后者已经开始运行。最后，作者呼吁采用物理学指导的人工智能方法来更好地理解人类生物学这是一个将基于物理学的模型和神经网络模型相结合的新领域，他们写道，这个领域已经在进行中。通过结合人工智能、量子计算和复杂系统物理学的方法，科学家们可以更好地理解，正如作者所写的那样，"细胞、生物体或社会中较小尺度元素的集体互动如何产生可在较大尺度和现实层面上观察到的突发特征"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究重塑我们对外星世界宜居带的探索

新研究重塑我们对外星世界宜居带的探索 经典的"宜居带"通常被俗称为"金发女郎带"，通常是指恒星周围条件允许地表液态水存在的区域，进而包括我们所理解的生命。然而，万德尔教授的研究提供了一个全新的视角，说明冰川下液态水的存在可以大大扩展这一区域。向内和向外扩展宜居带这项研究的主要发现之一是有可能将紧紧环绕 M-矮星的潮汐锁定行星的"宜居带"向内扩展，M-矮星经常被认为是探测系外行星生命光谱证据（即所谓的生物特征）的候选行星。这项研究描述了大气层和液态水如何在这些行星上共存，从而将宜居带的界限推得比以前设想的更远。各种气候和大气模型下的宜居带边界，作为相对于地球从主恒星接收的辐射通量的函数。虚线代表本研究中提出的因亚冰川液态水而扩展的边界。绿色实线和绿色阴影表示保守的宜居带边界。红色曲线表示潮汐锁定区（其右侧的行星被锁定）。圆圈表示太阳系中的陆地行星和几颗围绕 M-矮星运行的.地球大小的系外行星。资料来源：Amri Wandel此外，该研究还推测，冰川下液态水还能将宜居带扩大到保守宜居带的外部界限之外。这些发现揭示了在比以前设想的更加多样化的系外行星上存在液态水的可能性，为寻找地外生命提供了诱人的机会。这项研究的一个值得注意的意义是它与詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）最近的观测结果的联系。在岩质地球大小的系外行星GJ 486 b上可能发现了大气中的水蒸气，在超地球系外行星K2-18b上发现了海洋的证据，这些都暗示了液态水的存在，可能是有机化学，以及在这类天体上存在生命的可能性。这一发现为解决绕 M-矮星运行的系外行星是否能够维持宜居条件这一长期存在的问题提供了实证依据。Wandel教授说："这项工作表明，红矮星的宜居带可能比以前假设的要宽得多，宜居带内的行星有能力维持水和大气。韦伯望远镜（Webb Telescope）最近在这类系外行星上发现了水，特别是在 K2-18 b 中，正如两个月前提交的文章中所预测的那样，后一个结论得到了经验上的支持。特别是，它可以优化 JWST 生物特征研究的目标分配和优先次序"。Wandel教授的研究阐明了紧紧环绕M矮星运行的陆地行星上的水是如何在亚冰川融化层中持续存在的，为液态水的可持续性提供了一个独特的视角。该研究进一步探讨了在各种系外行星上探测水如何有助于确定其大气特征。阿姆里-万德尔教授的研究凸显了冰川下液态水在扩大系外行星宜居带方面的变革潜力。这一发现不仅推进了我们对宇宙中宜居环境的理解，而且还照亮了我们星球之外的生命前景。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员对3.175亿个海洋微生物的基因信息进行了分析和编目

研究人员对3.175亿个海洋微生物的基因信息进行了分析和编目 海洋微生物组是一个巨大的、高度多样化的基因库，具有复杂的新陈代谢能力。全球海洋基因组已被证明是科学的重要资源，尤其是在健康领域。例如，最初从水母中分离出来的绿色荧光蛋白现在已被广泛应用于医学成像诊断；生活在热液喷口周围的细菌是用于检测 SARS-CoV-2 的 PCR 测试中聚合酶的来源。但是，还有更多的基因有待发现。元基因组学是对直接取自环境或临床样本的遗传物质的研究，可以将基因功能与基因所属的生物体相匹配。分析数百万海洋微生物的基因构成是一项艰巨的任务。值得庆幸的是，人工智能的兴起和计算能力的提高使得大规模的元基因组分析成为可能。现在，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员与西班牙国家研究委员会（CSIC）海洋科学研究所合作，对居住在海洋中的微生物的大量基因信息进行了分析和编目。研究人员利用 2021 年发明的 KAUST 元基因组分析平台 (KMAP) 分析了 2102 份海洋样本。大部分（78.5%）样本采集于上层海洋（0 至 200 米/656 英尺）；7.2%采集于中层海洋（200 米/656 英尺至 1000 米/3281 英尺）；10.2%采集于暗层海洋，深度低于 1000 米/3281 英尺。他们的DNA测序分析确定了3.175亿个独特的基因簇，并利用这些基因簇创建了KMAP全球海洋基因目录1.0，这是世界上最大的海洋微生物开源目录，可将微生物与基因功能、地理位置和栖息地类型相匹配。除了增进我们对海洋微生物群及其新陈代谢能力的了解外，所提供的信息还能帮助科学家追踪全球变暖、污染和整体海洋健康状况，并为探索新型基因在医药、能源、食品和其他行业的潜在用途提供了工具。该研究的通讯作者卡洛斯-杜阿尔特（Carlos Duarte）说："科学家可以远程访问目录，研究不同的海洋生态系统是如何运作的，跟踪污染和全球变暖的影响，寻找生物技术应用，如新型抗生素或分解塑料的新方法。我们目前正在经历的人工智能加速发展很可能会在识别我们正在发布的海量目录中所包含的生物技术相关基因方面发挥重要作用"。有趣的是，在中深海区发现的独特基因簇中，真菌占了 50%以上，这凸显了真菌对微生物多样性的贡献。此外，95.9% 的样本来自远洋区，即远离海岸的开放自由水域，4.1% 的样本来自海底区，即洋底。底栖微生物在海洋生物地球化学循环中起着举足轻重的作用，生物圈中生物（生物）和非生物（非生物）之间的相互作用促进了碳、氮和硫等重要元素的更替。收集有关这些微生物的信息为了解海洋生态系统如何适应因自然和人为原因而不断变化的环境提供了宝贵的信息。"我们的分析强调了继续对海洋进行采样的必要性，重点是那些研究不足的区域，如深海和洋底，"该研究的主要作者Elisa Liaolo说。虽然 3.175 亿个基因簇听起来似乎很多，但研究人员知道，他们仍有很多工作要做。杜阿尔特说："海洋基因目录1.0中记录的3.17亿个基因组虽然令人印象深刻，但很可能只是海洋生命漫长进化史所积累的庞大功能库的冰山一角。进一步的项目侧重于对海洋中未被充分研究的栖息地进行取样和大规模测序，其中包括研究中未包括的珊瑚和海草等生物，这些栖息地中已知有大量微生物物种，这些项目将可能揭示出比这个初始基因目录中包含的基因数量多得多的基因。"这项研究发表在《科学前沿》杂志上。 ... PC版： 手机版：