环境

如果你要从海洋表面到200米深处收集所有的生命形态，你会注意到，SAR11细菌（对我们不可见）将约占总生物量的20%。这些细菌，在科学上被称为Pelagibacterales，已经适应了在缺乏营养的海洋区域繁荣生长，发挥着全球营养循环的关键作用。虽然人们承认它们的重要性，但它们对我们星球生态系统的影响方式一直以来都未被充分理解。 最近，来自冲绳科学技术大学院的科学家在Nature上发表的一项研究揭示了这些细菌的一个重要方面。论文的主要作者本·克利夫顿博士表示：“我们知道SAR11在碳和硫交换等基本营养循环中发挥着关键作用，但我们并没有掌握完整的全貌。”他补充道：“现在，通过彻底绘制细菌的转运蛋白，我们对SAR11在这些循环中的作用有了更清晰的理解。”资深作者保拉·劳里诺教授承认，像塔拉海洋项目这样的规模海水采样计划，提供了这一突破所需的基因组数据：“这些数据使我们能够将基因组信息与蛋白质的功能联系起来。” 理解蛋白质连接 转运蛋白对于调节细菌细胞内营养的摄入和排出至关重要，显著影响它们与周围环境的相互作用。这对于SAR11细菌尤其重要，因为它们的营养摄取深刻影响全球营养循环。然而，由于其独特的生长需求，研究这些细菌一直是一个挑战。为了应对这一问题，研究人员改造了大肠杆菌，使其产生SAR11转运蛋白，从而便于在实验室环境中研究。 研究SAR11的宏基因组——所有SAR11物种共有的遗传物质——所需的全球数据得益于庞大的基因组数据库。研究团队确定了与关键海洋功能相关的基因，包括一个特定的蛋白质，它能与DMSP结合，DMSP是硫循环和气候控制中的重要化合物。总共有十三种转运蛋白被识别出来，这些蛋白质管理DMSP、氨基酸、葡萄糖和牛磺酸的运输，均在环境中发挥重要作用。…

计算机模型如何协助微生物群落的创建？研究人员在最近的一篇文章中探讨了合成生物学的未来，详细阐述了计算机辅助生物学的重要作用。 计算机模型如何帮助构建微生物群落？在亨利希·海涅大学杜塞尔多夫（HHU）协调的“CRC1535 MibiNet”合作研究中心框架内，来自亚琛、杜塞尔多夫和美国东兰辛的一个研究小组研究了合成生物学的前景。他们在科学期刊《合成生物学》中发表的文章中讨论了计算机辅助生物学在这一领域的关键作用。 微生物群落，包括细菌、真菌和病毒，无处不在，发挥着多种重要功能，尤其是在活体生物体内。例如，人类肠道中称为微生物组的微生物群落对新陈代谢至关重要，因为这些微生物帮助释放并使许多营养素对身体可用。微生物组成的不平衡可能导致严重的健康问题。 被称为“合成生物学”的研究领域正越来越多地研究这些微生物网络。其目标是应用工程原理设计和创建能够执行特定任务的新生物系统和有机体。基因工程技术促进了不同生物体之间DNA和RNA的修改和转移。虽然合成生物学最初集中于创建个体合成有机体，但其设计复杂网络的能力，例如人工合成有机体的社区，正变得越来越清晰。…

UAB教授Joan-Ramon Daban撰写的一篇详细文章探讨了与DNA包装相关的物理挑战，这些挑战在染色体结构模型中常被忽视。这项研究发表在期刊Small Structures上，显示出基于UAB早期实验结果提出的DNA多层组织与染色体的结构和功能特性完全一致。该研究阐明，这种组织可归因于核小体之间的弱相互作用，核小体是折叠DNA双螺旋的重复单元。 真核生物中发现的极长基因组DNA需要在有丝分裂过程中紧密打包，以适应染色体的微观尺寸，从而保护遗传信息在细胞分裂之前。早期进化中，组蛋白蛋白质进化出使DNA转变为由众多核小体组成的染色质细丝。每个核小体的核心颗粒是一个高5.7纳米、直径11纳米的圆柱状结构，包含大约两圈DNA（147个碱基对），缠绕在一个组蛋白八聚体周围。理解染色质如何折叠成高度紧凑的染色体，长期以来始终是一个重大的科学挑战。 有效且现实的染色体DNA组织的结构模型必须满足所有来自已观察到的染色体结构和功能特征的约束。它应考虑DNA的高浓度、染色体的延伸圆柱形状、已知的染色质自聚集特性，并确保有效保护染色体DNA免受拓扑缠结和机械断裂。不幸的是，这些重要的约束在从不同实验技术和计算方法推导出的各种模型中常常被忽视。…

研究人员发现，小鼠胃肠道(GI)内微生物群落的分布并不均匀，这影响了免疫细胞的种群。来自马克斯·德尔布吕克中心和柏林夏里特大学医学院实验与临床研究中心(ECRC)的一个团队进行了研究，表明小鼠胃肠道的不同部分含有不同类型的微生物群落。此外，这些微生物组的特定组成可以影响特定区域内免疫细胞的数量和种类。这些发现发表在《Gut Microbes》上，概述了免疫细胞和微生物种群的复杂分布，为探讨肠道微生物与炎症状态之间的关系提供了框架。 过去的研究表明，胃肠道中存在一些“热点”，在这些地方某些免疫细胞与微生物之间的相互作用可能更频繁。然而，根据由尼古拉·威尔克博士领导的心肾疾病免疫-微生物动力学实验室的亨德里克·巴托罗梅乌斯博士及其研究的共同作者，尚未对整个肠道系统进行全面调查。“我们主要的动机很简单：免疫细胞在肠道中的分布是怎样的，微生物组以何种方式影响这种分布？” 微生物群落影响免疫系统 研究人员比较了无菌小鼠与常规定植小鼠的胃肠道，将它们的肠道分段并提取微生物DNA。他们使用宏基因组测序识别出所有存在的细菌种类。同时，他们从每个段落中分离免疫细胞，通过流式细胞术进行分析，这是一种根据特定标记识别和测量各种免疫细胞类型的常用方法。…

通过使用CRISPR/Cas9基因组编辑，研究人员成功开发出能够生产具有更好低温流动特性的蜡酯的稳定绿藻突变体，使其成为用作生物燃料原料的理想选择。关于生物燃料的讨论通常提到废弃食用油作为资源。然而，当这些油含有动物脂肪时，它们可能会在较低温度下固化。这是因为这些饱和脂肪中的脂肪酸具有通过单键连接的长碳链。这就是绿藻（euglena）发挥作用的地方。来自大阪都市大学的一个团队发现了一种技术，使这种微藻的特定物种能够生产与典型物种相比具有更短碳链的蜡酯。 通过应用CRISPR/Cas9对Euglena gracilis的基因组进行修改，中泽雅美博士及其在农业研究生院应用生物化学系的同事成功创建了生成比标准物种少两个碳原子的蜡酯的稳定突变体。 蜡酯在低温下流动性的提高增加了其作为生物燃料原料的适宜性。利用Euglena gracilis生产生物燃料的其他好处包括其通过光合作用的简单培养及其厌氧蜡酯生产能力。…

最近的一项研究表明，来源于植物的二次有机气溶胶（SOAs）可以影响植物之间的相互作用。这项研究是芬兰东部大学的化学生态学家、植物生态生理学家和大气物理学家的合作努力。 最近发表在《科学》杂志上的一项研究表明，植物来源的二次有机气溶胶（SOAs）可能在植物之间的相互作用中起到调节作用。这项研究是芬兰东部大学的化学生态学家、植物生态生理学家和大气物理学家的合作努力。 有充分的文献证明，当植物受到食草动物的损害时，它们会将挥发性有机化合物（VOCs）释放到空气中。这些VOCs对植物之间的相互作用至关重要，使未受伤害的植物能够感知邻近受损植物的痛苦信号，并激活其防御机制。“当反应性的植物VOCs经历氧化时，它们形成二次有机气溶胶（SOAs）。我们想知道，VOCs所发挥的生态作用在转化为SOAs后是否依然有效，”曾是UEF博士研究生，现在在伯尔尼大学的Hao Yu博士解释道。 研究发现，当苏格兰松树幼苗受到大松象鼻虫攻击时，会释放VOCs，触发同种近邻幼苗的防御机制。值得注意的是，即使在VOCs转化成SOAs后，生物行为仍然有效。研究结果表明，SOAs中的元素和数量可能影响它们的生物作用。…

地面附近的极其洁净的空气、温暖的空气流入和高海拔的硫酸盐气溶胶——一项研究计划揭示了关于南极云的新发现。 莱比锡/布雷默哈芬。来自莱比锡的研究项目揭示了关于南极云的新信息，其特征为表面极其洁净的空气、温暖的空气侵入和高空的硫酸盐气溶胶。在2023年1月至12月期间，科学家首次在德国纽迈尔站III（由阿尔弗雷德·韦根纳研究所、海尔姆霍茨极地与海洋研究中心（AWI）运营）上探索了大气中的气溶胶颗粒和云的垂直分布。这些高度分辨率的测量标志着女王莫德地（位于南极的、毗邻大西洋的地区）的第一次重要突破，该地区的面积超过格林兰。 数据采集是通过莱布尼茨对流层研究所（TROPOS）的OCEANET-大气平台进行的。该平台在2019/2020年的国际MOSAiC考察中，在阿尔泰克地区的漂流过程中展示了其可靠性。在南极的12个月运营期间，该平台由TROPOS科学家马丁·拉登茨现场监控。初步发现已经在《美国气象学会公报（BAMS）》上发表。这项研究得到了德国研究基金会（DFG）的资助，并与AWI合作完成。 南极大陆及其周围的南海洋是全球气候系统的关键要素。尽管过去一个世纪南极的气候被认为相对稳定，但现在正在记录显著变化。气候模型预测，南极内部的温度将在21世纪上升超过3开尔文，海冰覆盖将减少约30％，而降水量将增加。然而，这些预测伴随着重大不确定性，目前全球大气环流模型在准确表示南海洋的云覆盖和辐射强迫方面面临困难。对云的这次误表述导致对热辐射和海表温度的估算不准确，而这些估算对于评估海洋与大气之间的能量交换至关重要。此外，为记录南极等地区的环境变化，了解其当前状态非常重要。 理解南极的云形成过程至关重要，因为其在南半球无污染的空气中与北半球（陆地表面较多）形成过程存在差异。另一个显著的来源不确定性是湿气和颗粒从中纬度和亚热带地区向极地地区的运动。南极的韦德尔海与南极之间相对平坦的地形可能为温暖、湿润的气团提供了一条通道。…

大多数可充电电池用于玩具、手持吸尘器和电动自行车等便携式设备，采用的是锂离子技术。然而，这些电池的寿命有限，且在遭到损坏时可能会引发火灾。为了解决这些稳定性和安全性问题，研究人员开发了一种锂硫（Li-S）电池，采用了改进的硫化铁阴极。一种原型在300次充放电循环中表现出了卓越的稳定性，而另一种即使在弯曲或切割后仍能提供电力。 硫被视为锂离子电池中一种有前景的材料，因为其成本低且有潜力储存比锂金属氧化物和其他传统离子电池材料更多的能量。为了增强Li-S电池在高温下的稳定性，研究人员此前建议使用碳酸盐基电解液将阴极（由硫化铁制成）与阳极（含有锂金属）分开。然而，随着阴极中的硫化物溶解到电解液中，会导致不可渗透的沉淀物形成，从而导致电池容量迅速下降。王丽平及其团队探索了在阴极和电解液之间添加保护层的可能性，以最小化这种腐蚀，同时保持性能和充电能力。 研究团队对不同聚合物进行实验，以涂覆硫化铁阴极，发现聚丙烯酸（PAA）在保持电极的放电容量方面取得了最佳效果，经过300次充放电循环后仍能成功维持。随后，他们将涂覆PAA的硫化铁阴极整合进一个原型电池中，该电池还采用了碳酸盐基电解液、锂金属箔作为离子源和基于石墨的阳极。之后，他们生产并评估了袋装电池和硬币电池原型。 完成超过100次充放电循环后，王及其团队注意到袋装电池没有显著的容量损失。进一步测试表明，袋装电池即使在折叠和切割成两半后仍能有效工作。硬币电池在300次循环后保持了72%的充电容量。随后，他们将聚合物涂层应用于其他金属制成的阴极，开发了锂钼和锂钒电池。这些新电池在300次充放电循环中也表现出了稳定的容量。总体来看，研究结果表明，涂层阴极不仅可以导致更安全、寿命更长的Li-S电池，还可以实现使用其他金属硫化物的高效电池，王的研究团队表示。 作者感谢中国国家自然科学基金；中国四川省自然科学基金；以及北京凝聚态物理国家实验室的资助。

在最近的一项研究中，研究人员运用统计方法和实验方法揭示了土壤pH显著影响微生物群落的组成。然而，他们还发现，氮循环过程中释放的毒性物质的管理最终决定了这些群落的最终构成。 生态学中一个成立的观点认为，物理条件决定了生物的生存。然而，目前的科学家开始怀疑还有其他因素影响土壤中微生物群落的形成。 最近，一个研究团队通过统计方法和实验发现，土壤pH在塑造微生物群落组成方面发挥着至关重要的作用。尽管如此，处理氮循环过程中产生的毒性物质才是最终决定微生物群落的关键。 共同通讯作者卡尔纳·高达（Karna Gowda），俄亥俄州立大学的微生物学助理教授，表示：“物理环境影响微生物之间的相互作用，这反过来又影响了群落的组装。虽然该领域的专业人士理解这些要素的重要性，但缺乏具体证据。我们正在为这一概念提供更多的具体性和机制。”…

一种新的拉沙热疫苗在防止动物严重疾病和死亡方面显示出希望。来自托马斯·杰斐逊大学和马里兰大学巴尔的摩分校的研究人员，联合美国陆军传染病医学研究所（USAMRIID）和日内瓦基金会，创造了一种新的疫苗候选者，可以防御拉沙热。 2024年8月9日发表在npj Vaccines的研究结果显示，这种疫苗有效防止疾病的严重表现以及动物模型中的死亡，为人体试验奠定了基础。 目前，几种拉沙热疫苗候选者正在研发中。然而，托马斯·杰斐逊大学疫苗与流行病准备中心主任兼该研究的共同负责人马提亚斯·施奈尔博士强调，他们的LASSARAB疫苗具有竞争优势。他解释说，正在开发的另外两种疫苗使用活病毒载体，这可能存在潜在的安全隐患。“相比之下，我们的疫苗是一种灭活或杀死的制剂，这通常被认为更安全，”他说。 LASSARAB疫苗利用一种灭活的狂犬病毒传递抗原，以保护对抗拉沙热病毒。拉沙热是一种严重的出血性疾病，在西非部分地区流行，每年造成约300,000到500,000例感染和超过5,000例死亡。它可以导致严重的并发症，包括器官衰竭、听力丧失和持续的神经系统问题。目前，没有获得许可的疫苗可以预防拉沙热。…

拉帕努伊（复活节岛）以其巨大的雕像和无树的景观吸引了研究者们几个世纪。最新的遗传研究推翻了流行的理论，认为拉帕努伊人口的崩溃是由于“生态灭绝”造成的，并显示拉帕努伊人在欧洲人抵达岛屿几个世纪前与美洲土著人进行了混合。 拉帕努伊或特皮托·欧·特赫努阿（世界的肚脐），也称为复活节岛，是世界上最孤立的有人居住的地方之一。位于太平洋中，距离最近的有人居住的波利尼西亚岛屿超过1900公里，距离南美洲3700公里。尽管岛屿、其居民及其丰富的文化已被考古学家、人类学家和遗传学家广泛研究，但拉帕努伊历史的两个关键要素直到今天仍然颇具争议。其中之一是认为在17世纪，因人口过剩和资源管理不善导致的通过“生态灭绝”的人口崩溃理论。另一个主要争议是拉帕努伊的波利尼西亚祖先是否在1722年与欧洲人接触之前与美洲土著人有过互动。 本周的《自然》期刊刊登了一项遗传研究，通过研究1670到1950年间生活的15名拉帕努伊人的基因组，为与拉帕努伊历史相关的这两个辩论提供了新视角。这15名个体的遗骸目前保存在巴黎的人类博物馆。这项新研究由一组国际科学家团队进行，主要由哥本哈根大学（丹麦）全球研究所的助理教授维克多·莫雷诺-马亚尔、洛桑大学（瑞士）生物与医学学院的博士生巴巴拉·索萨·达·莫塔以及副教授安娜-萨福·马拉斯平纳斯主导，并与来自拉帕努伊、奥地利、法国、智利、澳大利亚和美国的同事密切合作。 从未发生的人口崩溃 拉帕努伊的故事常常被视为对人类过度开发资源的一种警示。自1250年，来自西方的波利尼西亚人定居岛屿后，拉帕努伊的景观发生了剧烈变化。高耸的石像——摩艾被雕刻并放置在岛屿的各个角落，而原本数百万棵棕榈树的森林在17世纪几乎消失殆尽。根据“生态灭绝”理论，超过1.5万名拉帕努伊人群体引发了造成资源稀缺、饥荒、战争甚至食人行为的变化，最终导致人口崩溃的灾难性事件。…

一项新的研究发现，参与加利福尼亚圣华金山谷空气质量研究的成年人中有22%和儿童中有10%正在呼吸可检测水平的农药。 加州大学戴维斯分校健康学院的研究发现，参与该研究的成年人中有22%和儿童中有10%正在呼吸可检测水平的农药。其中包括一种名为氯噻苯磷的化学物质，在加利福尼亚州已不再被允许使用。 这些新发现刊登在《暴露科学与环境流行病学杂志》上。 “虽然我们研究中的样本量小，但这些发现非常重要，因为它们显示加利福尼亚圣华金谷的孩子和成年人仍然暴露于农药和除草剂之中。尽管有减少使用的努力，”该研究的第一作者德博拉·H·本内特说。 本内特是加州大学戴维斯分校公共卫生科学系的环境健康教授。…