研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力 基于网络的生态互动分析表明，北极和南极地区 RNA 病毒物种的多样性高于预期。基因组分析的进展通过将基因组测序数据与人工智能分析相结合，研究人员发现了海洋病毒，并对其基因组进行了评估，发现它们从其他微生物或细胞中"窃取"了处理海洋中碳的基因。通过绘制微生物代谢基因（包括水下碳代谢基因）图谱，研究人员发现全球海洋中有 340 种已知的代谢途径。其中，有128种还存在于海洋病毒的基因组中。俄亥俄州立大学微生物学教授兼微生物组科学中心主任马修-沙利文（Matthew Sullivan）说："这个数字如此之高，让我感到震惊。"通过计算技术的进步，研究小组挖掘出了这一巨大的数据宝库，现在已经揭示了哪些病毒在碳代谢中发挥作用，并将这一信息用于新开发的群落代谢模型，以帮助预测如何利用病毒来设计海洋微生物群，从而实现更好的碳捕获。沙利文说："建模是为了了解病毒是如何提高或降低系统中的微生物活性的。群落代谢建模告诉我一个梦寐以求的数据点：哪些病毒以最重要的代谢途径为目标，这很重要，因为这意味着它们是很好的杠杆。"昨天（2024 年 2 月 17 日），沙利文在丹佛举行的美国科学促进会年会上介绍了这项研究。碳捕获病毒工程苏利文是塔拉海洋联合会（Tara Oceans Consortium）的病毒研究协调人，该联合会是一项为期三年的全球性研究，研究气候变化对世界海洋的影响，并收集了 35000 份含有丰富微生物的水样。他的实验室主要研究噬菌体（感染细菌的病毒）及其在工程框架中的放大潜力，以操纵海洋微生物将碳转化为最重的有机物，沉入海底。"海洋会吸收碳，这可以缓冲气候变化。二氧化碳作为气体被吸收，并由微生物将其转化为有机碳，"沙利文说。"我们现在看到的是，病毒以这些微生物群落代谢中最重要的反应为目标。这意味着我们可以开始研究哪些病毒可以用来将碳转化为我们想要的那种碳。换句话说，我们能否加强这个巨大的海洋缓冲区，使其成为碳汇，为应对气候变化争取时间，而不是将碳释放回大气层，加速气候变化？"2016 年，塔拉团队确定海洋中的碳下沉与病毒的存在有关。人们认为，当受病毒感染的碳处理细胞聚集成较大的粘性聚合体并掉落到海底时，病毒有助于碳的下沉。研究人员开发了基于人工智能的分析方法，从数以千计的病毒中找出少数"VIP"病毒，在实验室中进行培养，并将其作为海洋地球工程的模型系统。塔拉海洋联合会的达米安-埃维拉德（Damien Eveillard）教授开发的这种新的群落代谢模型，有助于他们了解这种方法可能会产生哪些意想不到的后果。沙利文的实验室正在吸取这些海洋方面的经验教训，并将其应用到人类环境中的病毒微生物组工程中，以帮助脊髓损伤后的康复、改善感染艾滋病毒的母亲所生婴儿的预后、对抗烧伤伤口的感染等。海洋以外的应用土木、环境和大地工程学教授沙利文说："我们正在进行的对话是，'这其中有多少是可以转换的？'我们的总体目标是对微生物组进行工程设计，使其朝着我们认为有用的方向发展。"他还报告了在一个完全不同的生态系统中使用噬菌体作为地球工程工具的早期努力：瑞典北部的永久冻土带，那里的微生物既能改变气候，又能在冻土融化时对气候变化做出反应。俄亥俄州立大学微生物学副教授弗吉尼亚-里奇（Virginia Rich）是美国国家科学基金会资助的EMERGE生物集成研究所的联合主任，该研究所设在俄亥俄州立大学，负责组织瑞典野外现场的微生物组科学研究。里奇还共同领导了之前的研究，该研究发现解冻的永久冻土层土壤中的单细胞生物是甲烷（一种强效温室气体）的重要生产者。里奇与新罕布什尔大学的露丝-瓦尔纳（Ruth Varner）共同组织了美国科学院会议，后者是EMERGE研究所的共同负责人，该研究所的工作重点是更好地了解微生物群如何应对永久冻土融化以及由此产生的气候相互作用。沙利文的演讲题目是"从生态系统生物学到用病毒管理微生物组"，是在题为"以微生物组为目标的生态系统管理"的会议上发表的：小角色，大作用"的会议上发表的。海洋方面的工作得到了美国国家科学基金会、戈登和贝蒂-摩尔基金会以及塔拉海洋公司的支持，除美国国家科学基金会外，土壤方面的工作也得到了能源部和格兰瑟姆基金会的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究揭示地球淡水出现的时间比以前认为的早5亿年

新研究揭示地球淡水出现的时间比以前认为的早5亿年 科廷大学（Curtin University）领导的新研究发现，有证据表明，对生命至关重要的淡水是在大约 40 亿年前出现在地球上的，这比以前认为的要早一亿年。主要作者、科廷大学地球与行星科学学院兼职研究员、阿联酋哈利法大学助理教授哈迈德-加马勒迪恩（Hamed Gamaleldien）博士说，通过分析西澳大利亚中西部地区杰克山（Jack Hills）的古老晶体，研究人员将淡水出现的时间线推后到了地球形成后的几亿年。Gamaleldien 博士说："我们能够确定水文循环起源的日期，水文循环是水在地球上流动的连续过程，对于维持生态系统和支持地球上的生命至关重要。通过研究矿物锆石微小晶体中的年龄和氧同位素，我们发现了远在40亿年前的异常轻同位素特征。这种轻的氧同位素通常是地球表面下几公里处的高温淡水改变岩石的结果。地球深处淡水的证据挑战了现有理论，即地球在 40 亿年前完全被海洋覆盖"。科廷大学的雨果-奥利鲁克（Hugo Olierook）博士与一块来自西澳大利亚杰克山的岩石，其中包含本研究中分析的锆石晶体。资料来源：科廷大学研究报告的合著者、科廷大学地球和行星科学学院的雨果-奥利罗克博士说，这一发现对于了解地球是如何形成以及生命是如何出现的至关重要。"这一发现不仅揭示了地球的早期历史，还表明陆地和淡水在相对较短的时间内地球形成后不到6亿年为生命的繁衍创造了条件。标志着我们在了解地球早期历史方面迈出了重要一步，并为进一步探索生命起源打开了大门"。编译来源：ScitechDaily作者是科廷大学地球与行星科学学院地球动力学研究小组和矿物系统时间尺度小组以及约翰-德-莱特中心的成员。部分研究是利用约翰-德莱特中心大型几何离子微探针（LGIM）设施中的CAMECA 1300HR3仪器完成的，该设施由 AuScope（通过联邦国家合作研究基础设施战略）、西澳大利亚地质调查局和科廷大学资助。 ... PC版： 手机版：

新研究发现海洋转换断层是重要的、被低估的碳汇

新研究发现海洋转换断层是重要的、被低估的碳汇 新的研究发现，海洋转换断层是重要的、以前被低估的二氧化碳汇对现有的地球地质碳循环概念提出了挑战。这项研究强调了自然地质排放在塑造地球气候历史中的关键作用，并强调了在应对当代气候变化的背景下深入了解这些过程的必要性。上图为改变的地幔岩石切片。图片来源：Solvin Zankl构造断裂是构造板块相互移动的地方，是地球上三大板块边界之一，全球长度约为 4.8 万公里，其他板块边界分别是全球洋中脊系统（约 6.5 万公里）和俯冲带（约 5.5 万公里）。几十年来，人们一直在研究洋中脊和俯冲带的碳循环。相比之下，科学家们对海洋转换断层中的二氧化碳关注相对较少，在相当长的一段时间里，转换断层被认为是"有点无聊"的地方，因为那里的岩浆活动很少。"克莱因说："我们现在拼凑起来的结果是，沿着这些海洋转换断层暴露出来的地幔岩石可能是一个巨大的二氧化碳汇。"地幔的部分融化释放出二氧化碳，这些气体碳夹杂在热液中，与靠近海底的地幔发生反应，并在那里被捕获。首席科学家弗里德-克莱因（Frieder Klein）和"深海漫游者"号领航员艾伦-斯考特在探索水下碳酸盐平台。图片来源：Novus Select《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项新的期刊研究报告的第一作者克莱因说："这是地质碳循环中以前不为人知的一部分。由于在以前对全球二氧化碳地质通量的估算中没有考虑到转换断层，因此岩浆二氧化碳向改变了的洋幔和海水的质量转移可能比以前想象的要大。"地质排放与气候克莱因说："与人为二氧化碳（或人类驱动的二氧化碳）相比，转换断层排放的二氧化碳量可以忽略不计。然而，从地质时间尺度来看，在人类排放如此多的二氧化碳之前，地球地幔（包括转换断层）的地质排放是地球气候的主要驱动力。"正如论文所述，据估计，全球人为二氧化碳排放量 约为每年 36 千兆吨（Gt），这使大气和水圈的平均地质排放量（每年 0.26 千兆吨）相形见绌。然而，在地质时间尺度上，来自地球地幔的二氧化碳排放量在调节地球气候和宜居性以及包括海洋、大气层和岩石圈在内的地表储层中的碳浓度方面发挥了关键作用，当然，这是在人类活动燃烧化石燃料之前。通过地质研究了解气候变化"为了充分了解现代人类造成的气候变化，我们需要了解地球深层过去的自然气候波动，这与地球自然碳循环的扰动息息相关。我们的工作提供了有关地球地幔和海洋/大气系统之间碳长时间尺度通量的见解，"该研究的合著者、佛蒙特州本宁顿学院教师蒂姆-施罗德（Tim Schroeder）说。"数百万年来，这种碳通量的巨大变化导致地球气候变得比现在温暖或寒冷得多。"为了更好地了解地幔和海洋之间的碳循环，研究人员分析了圣保罗转换断层中"地幔橄榄岩矿物碳化过程中"皂石和其他含镁集合体的形成。认为该断层是富含二氧化碳的热液流体的通道，而橄榄岩的碳化则可能成为排放二氧化碳的巨大的汇。研究人员在论文中认为，"低度熔化会产生富含不相容元素、挥发物，特别是二氧化碳的熔体，而在大洋转换断层处存在橄榄岩，这两种因素结合在一起，为广泛的矿物碳化创造了有利条件"。这些岩石是在 2017 年对该地区进行巡航时使用载人车辆采集的。找到并分析这些岩石"简直是梦想成真"。克莱因说："我们在12年前就预测到了碳酸盐改变的洋幔岩的存在，但我们在任何地方都找不到它们。我们曾前往该群岛探索低温热液活动，但都以失败告终。令人难以置信的是，我们竟然能在一个转换断层中找到这些岩石，因为我们是在寻找其他东西时偶然发现它们的。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

突破性研究凸显陆地生态系统的脆弱性

突破性研究凸显陆地生态系统的脆弱性 重建新墨西哥州幽灵牧场的晚三叠世生态系统。已发表的标本和保存在幽灵牧场的物种被纳入研究小组的全球生态数据集。图片来源：Viktor O. Leshyk/洛杉矶县自然历史博物馆此外，与海洋环境相比，这些陆地环境的恢复期更长，这一发现出乎意料。这一发现对正在发生的全球生物大灭绝事件具有重要意义，而这一事件主要是由人类引起的气候变化造成的。恐龙研究所的合著者、美国国家科学基金会博士后研究员汉克-伍利（Hank Woolley）博士说："如果你从陆地生态系统中移除大量的小动物，这些生态系统就会分崩离析，比海洋中的生态系统更容易崩溃。其次，陆地生态系统从大规模灭绝事件中恢复过来所需的时间要比海洋生态系统长。"合作研究工作和方法该项目由伍利和许多其他来自国家卫生研究院及其他机构的古生态学家和地质学家共同完成，是第一项深入研究三叠纪末大灭绝事件对陆地和海洋生态系统影响的有据可查的科学研究。除了伍利之外，NHM恐龙研究所的博士生保罗-伯恩（Paul Byrne）和基尔斯滕-福莫索（Kiersten Formoso，后者现在是罗格斯大学新晋的总统博士后研究员）以及博士后贝基-吴（Becky Wu）博士也与南加州大学的同事共同撰写了这项研究报告。Kiersten Formoso 博士说："这项研究工作还结合了南加州大学和自然历史博物馆的古生物学、古生态学和地球生物学研究人员的专业知识。能有这么多跨学科的作者一起解决关于过去和自然世界的有趣问题，真是令人兴奋"。早起侏罗世陆地生态系统的长期重组与恐龙的多样化同时发生。图片来源：洛杉矶县自然历史博物馆提供"传统的海洋生态空间框架确实非常有效，并被广泛应用于海洋古生态学。因此，虽然有很多关于海洋生态系统在大灭绝中变化的重建，但我们从未能以同样的方式研究陆地生态系统的变化。我们希望这个新的陆地生态空间框架将为未来的研究打开一扇门，比较海洋和陆地群落如何对快速气候变化事件做出相似或不同的反应，"共同作者、现任南安普顿大学1851研究员的艾莉森-克里布博士（Dr. Alison Cribb）说。伍利说："作为一个研究海洋和陆地生命古生物学的研究小组，我们的研究系统涵盖了从亿万年前的叠层石到恐龙，我们认为这将是一个独特的机会，可以将我们广泛的专业知识结合在一起，以一种新的方式解决一个引人入胜的紧迫课题大灭绝。"最早的恐龙是在2.3亿多年前的三叠纪时期首次出现并扩散的，而在2.015亿年前，一场由二氧化碳引发的灾难性全球变暖导致了三叠纪末期的大灭绝事件，约76%的海洋和陆地生物因此灭绝。大灭绝事件对海洋环境的影响已经通过创建生态空间根据动物的进食和移动方式以及生活地点对动物进行分类的三维表示得到了很好的研究，但这种技术从未应用于陆地生态系统。直到现在，这种技术才被应用于陆地生态系统。研究结果和意义新科学家团队从古生物学数据库中整理了一千多条记录，首次建立了横跨三叠纪末大灭绝的陆地生态空间。接下来，他们对每种动物在三个轴线上的出现情况进行了分类，以了解不同类群的动物在生存方式上的代表性例如，主要生活在树上而吃昆虫，或者在地面上捡拾大型动物的食物。研究人员随后将这一新框架与三叠纪末大灭绝的海洋生态空间进行了比较。研究概念和发现的图示。图片来源：C. Henrik Woolley/洛杉矶县自然历史博物馆"我们的研究结果表明，在三叠纪末大灭绝之后，陆地和海洋的恢复情况不同，陆地生态系统经历的灭绝严重程度更高，而且需要比海洋更长的时间才能恢复起某些生态作用的群体。"福莫索说："这是因为陆地生态系统中扮演这些角色的类群较少，而在海洋中，许多分类群可能在做相同或类似的事情。"他们的发现可能会对我们的现代陆地生态系统提出严酷的警告，因为我们正在与人类造成的气候变化导致的日益严重的物种灭绝作斗争。首先，三叠纪末期的物种灭绝事件涉及火山喷发二氧化碳。研究结果的另一个启示是，任何大灭绝事件都不会对不同的生态系统产生相同的影响。陆地上的生命有明显的不同开花植物只是三叠纪期间不存在的一类植物，但如果知道这些生态系统可能比以前想象的更加脆弱，就应该敲响警钟。更广泛的影响和未来方向"了解生命在过去是如何应对气候变化的，是古生物学的一个主要目标，也为我们解决现代生物多样性危机提供了洞察力和工具。然而，这需要对各种生物、生态系统和环境有详细的了解。我们在国家卫生研究院和南加州大学合作开展的古生物学项目的一个独特之处在于，它结合了一批具有跨物种、跨系统和跨时间专业知识的古生物学家所有这些都使得像本文这样的大视野研究成为可能。因此，我们对古生物学的影响要大于古生物学家的总和！"国家哈姆雷特博物馆恐龙研究所馆长、伍利的博士和博士后导师内森-史密斯（Nathan Smith）博士说。为这项研究开发的新框架还可以帮助科学家们更好地理解历史上的大规模灭绝。这可能包括我们正在面临的危机，并可能为更有效的缓解和保护工作提供信息。该合作项目还展示了化石和化石记录在了解恐龙世界和我们快速变化的气候方面所具有的价值。研究与收藏高级副总裁路易斯-奇亚佩博士和恐龙研究所所长格雷琴-奥古斯汀说："洛杉矶县自然历史博物馆收藏了数以百万计的化石，涵盖了整个生命史。我们的藏品非常适合解决与过去和现在的物种灭绝有关的大量问题"。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家计算出体量巨大的全球地下土壤无机碳存量

科学家计算出体量巨大的全球地下土壤无机碳存量 上层土（蜕皮表层）因有机质大量积累而呈深色，下层土（钙质地层）因碳酸钙的存在而呈白色。根据《中国土壤分类学》，该土壤类型为钙质硅质寒武系。资料来源：张甘霖在发表于《科学》的一项研究中，中国科学院地理科学与资源研究所黄媛媛研究员和中国科学院土壤研究所张甘霖研究员领导的研究人员与合作者一起，量化了SIC的全球存储量，对这一长期存在的观点提出了挑战。研究人员发现，在全球土壤表层两米处以 SIC 形式储存的碳高达 23050 亿吨，是全球所有植被中碳含量总和的五倍多。这个隐藏的土壤碳库可能是了解碳如何在全球移动的关键。"但问题是：这个巨大的碳库很容易受到环境变化的影响，尤其是土壤酸化。酸性物质会溶解碳酸钙，并以二氧化碳气体或直接进入水中的形式将其排出，"黄教授说。"由于工业活动和高强度耕作，中国和印度等国家的许多地区正在经历土壤酸化。如果不采取补救措施和更好的土壤耕作方法，世界很可能在未来三十年内面临 SIC 的干扰。"地球历史上积累的对 SIC 的干扰对土壤健康有着深远的影响。这种破坏损害了土壤中和酸性、调节养分水平、促进植物生长和稳定有机碳的能力。从根本上说，SIC 在储存碳和支持依赖于它的生态系统功能方面发挥着至关重要的双重作用。研究人员发现，每年约有 11.3 亿吨无机碳从土壤流失到内陆水域。这种流失对陆地、大气、淡水和海洋之间的碳传输有着深远的影响，但往往被忽视。虽然社会已经认识到土壤的重要性，认为它是以自然为基础的应对气候变化解决方案的基本组成部分，但大部分关注点都集中在有机碳上。现在，无机碳显然同样值得关注。这项研究强调了将无机碳纳入气候变化减缓战略的紧迫性，将其作为维持和加强碳固存的额外杠杆。旨在每年增加（大部分）0.4% SOC 的"4 per mille initiative"等国际计划也应考虑无机碳在实现可持续土壤管理和气候减缓目标中的关键作用。研究人员希望通过扩大对土壤碳动态的了解，将有机碳和无机碳都包括在内，从而制定出更有效的战略来维护土壤健康、增强生态系统服务和减缓气候变化。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究显示泥炭地正在失去抗旱能力

新研究显示泥炭地正在失去抗旱能力 泥炭地受到干旱的影响比以前预计的要大，这引起了人们的关注，因为泥炭地在应对气候变化方面起着至关重要的作用。长期干旱大大降低了泥炭吸收更多二氧化碳（CO2）的能力。此外，加强生物多样性对提高泥炭抗旱能力的作用微乎其微。拉德布德大学的科学家们在最近发表于《英国皇家学会院刊 B》上的一项研究中报告了这些发现。泥炭是一个巨大的碳汇：每平方米泥炭能够储存的二氧化碳比世界上任何其他生态系统都要多。因此，荷兰以及斯堪的纳维亚和波罗的海国家的泥炭地在应对气候变化方面发挥着重要作用。然而，泥炭正承受着越来越大的压力，并且对气候变化导致的干燥夏季极为敏感。这就是拉德布德生物与环境科学研究所的研究人员得出的结论。领衔作者比约恩-罗布鲁克解释说："在我们的实验室里，在受控条件下，我们首先确保大块泥炭经过长时间充分湿润。然后，我们将泥炭慢慢烘干。其中一半受到轻度干旱，水位比泥炭本身低大约五厘米。另一半则处于极端干旱条件下；在这种情况下，水位比泥炭低 20 厘米。这相当于三周没有下雨这在荷兰近年来也越来越常见"。正在拉德布德大学进行测试的泥炭。图片来源：Bjorn Robroek，拉德布德大学这些实验表明，遭受轻度干旱的泥炭仍能吸收一定量的碳。Robroek：然而，在极端干旱的条件下，泥炭几乎无法吸收更多的碳。在长期干旱的情况下，泥炭甚至会反过来释放碳。当然，干旱不仅影响泥炭地。干旱的夏季也使其他生态系统变得更加脆弱。不过，以草地为例，我们现在有办法解决干旱造成的问题。增加这类生态系统的生物多样性（通过种植更多不同的植物），如未来堤坝项目，可保持生态系统的健康和复原力。不过，罗伯克认为，就泥炭地而言，通过这种方式提高生物多样性对抗旱作用不大。我们在泥炭实验中测试的不同苔藓对抗旱几乎没有任何作用。这并不意味着生物多样性对泥炭不重要：例如，它有助于碳储存。但在抗旱方面，需要采取不同的方法。消费者可以做一些小事来保护泥炭。例如，购买不含泥炭的盆栽基质和堆肥。不过，归根结底，这主要是一个需要从政治层面解决的问题。过去，河流沿岸的缓冲地带通常由泥炭地组成，但如今其中大部分都是用于农业的草地。这些地区经常被割草和犁地，因此几乎不存水。因此，这些洪泛区的水会更快地排入河流，造成洪水泛滥。转而采用自然管理方法需要花费时间和金钱，但在未来将产生巨大效益。泥炭地，即使是低地泥炭区，也将保留更多的水分，从而提供更好的保护。你可以把这比作一块海绵，它会逐渐将水释放回地表。在这些地方，泥炭也是储存碳的最有效选择。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：