科研进展--中国科学院广州分院

碳是生物必需的营养物质，也是元素循环过程的关键驱动因素。浮游植物作为水域生态系统中碳动态的主要调节者，通过碳固定和碳分配在调节水生生态系统碳循环中发挥着至关重要的作用。它们通过调节颗粒态有机碳（POC）和溶解性有机碳（DOC）的分配，决定了POC沉降到沉积物中的比例、DOC释放到周围水体中的比例以及被微生物同化的比例，最终影响藻源碳对水域碳汇的贡献途径及大小。因此，了解浮游植物碳分配有助于评估其对水域生态系统的长期储存能力的作用。然而，对未来高CO2场景下浮游植物碳分配变化及其调控机制的探索尚不充分。针对这一科学问题，本研究通过模拟三种不同CO2浓度情景（400 ppm、850 ppm和1370 ppm），系统探究了聚球藻FACHB-410株在碳分配方面的响应机制。研究发现，在中等CO2浓度（850 ppm）下，聚球藻的碳分配模式与当前水平（400 ppm）相比未发生显著变化。然而，在极端高CO2环境（1370 ppm）下，聚球藻的总有机碳含量显著降低47.05%，同时细胞外溶解性有机碳（DOCex）的比例显著上升，而POC和细胞内DOC（DOCin）则显著减少。DOCex在总DOC中的比例从22.66%上升至44.32%（图1、2）。这一结果表明，极端高CO2环境下，聚球藻更倾向于将碳以潜在惰性DOC的形式释放至水体中，而非用于构建细胞结构的DOCin和下沉性的POC。该研究首次揭示了聚球藻在极端CO2条件下碳分配的显著转变，表明其通过生物碳泵（BCP）途径贡献碳汇的能力可能减弱，而通过直接释放DOC对表层碳库的贡献增强。这一发现对准确评估未来气候背景下聚球藻在水体碳汇中的作用具有重要启示。相关研究成果近期以“Influence of simulated future climate CO2 scenarios on carbon allocation in a keystone cyanobacterium Synechococcus”为题发表在国际藻类学经典期刊Journal of Applied Phycology（《应用藻类学杂志》）上。中国科学院华南植物园联合培养硕士研究生张焱焱为第一作者，卢哲副研究员为通讯作者，小良站站长王法明研究员作为共同作者在研究方案设计及论文写作等方面给予指导意见。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和广东省自然科学基金等项目的支持。文章链接：https://doi.org/10.1007/s10811-025-03639-1图1. 三种不同CO2浓度对聚球藻不同碳馏分浓度的影响图2. 三种不同CO2浓度下DOC馏分占总DOC的占比

2025-09-01

广州地化所刘俊文、姜帆、张干等-PNAS：双碳同位素揭示我国《大气污染防治行动计划》对珠江三角洲不同来源大气黑碳的减排贡献

8月25日，中国科学院广州地球化学所张干研究员团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了一项合作研究成果。该研究利用双碳同位素技术，揭示了珠三角地区2008-2018年连续11年间大气黑碳（BC）浓度和来源变化，量化了我国《大气污染防治行动计划》执行以来燃煤、石油燃烧、生物质燃烧等三大类主要排放源对区域大气BC减排的贡献，发现当前广泛使用的排放清单系统性地低估了生物质燃烧对BC的贡献。这一研究对未来的空气污染治理和气候变化研究具有重要意义。 BC是PM2.5污染的主要成分之一，也是一种强效的短寿命气候污染物，吸收太阳辐射、加速全球变暖。BC主要来自化石燃料（如煤、石油）和生物质（如薪柴、农业废弃物）的不完全燃烧。为改善空气质量，我国自2013年起实施了《大气污染防治行动计划》（“大气十条”），并取得了显著成效。在此期间，BC的减排效果如何？不同来源的贡献度是多少？无疑是评估相关治理政策BC减排效力的首要问题。已有研究主要依赖基于排放因子和源活动水平的“自下而上”的排放清单进行，其结果的准确性一直受到挑战。针对这一问题，来自广州地化所、暨南大学、香港科技大学、香港科技大学（广州）、瑞典斯德哥尔摩大学等国内外多个研究机构的科研人员组成联合研究团队，对珠三角2008-2018年连续11年间的大气颗粒物样品进行了系统的放射性碳同位素丰度（¹⁴C）和稳定碳同位素组成（δ¹³C）测量，揭示出大气BC的浓度和来源变化趋势。研究结果显示，珠三角大气BC浓度在2008-2018年间呈显著下降趋势，尤其经“大气十条”的实施，BC浓度大幅降低了41% （图1），表明珠三角在BC减排上取得了重大成就。基于Δ14C-δ13C同位素数据集并结合贝叶斯模型，团队对2008-2018年间大气BC的来源进行了识别和量化（图2左）。结果表明，燃煤、石油燃烧和生物质燃烧对BC的贡献范围分别为31-44%、28-47%和11-40%。“大气十条”实施期间，不同来源的BC浓度贡献均发生显著下降，其中，燃煤和石油燃烧贡献的BC浓度均下降约43%，生物质燃烧贡献的BC浓度下降了约34%（图2右）。这表明，虽然对三大类BC排放源的管控均取得了显著效果，但珠三角对燃煤、燃油BC排放的管控效果，要更优于对生物质燃烧BC排放的管控。团队进一步对比了2008-2018年“自上而下”的同位素观测结果与“自下而上”的BC排放清单数据，发现两者存在显著的差异。其中，现有排放清单中生物质燃烧对BC的贡献仅为4%至9%，而双碳同位素源解析结果中生物质燃烧对BC的贡献则为21%至32% （图3）。这意味着，当前评估空气质量改善和制定减排策略时所依赖的排放清单，可能在较大程度上低估了生物质燃烧对大气BC的贡献。因此，政策制定者在集中精力于化石燃料燃烧减排的同时，也应及时确定和弥合现有BC排放清单中可能存在的 “盲区”，以保障对生物质燃烧BC排放的进一步精准管控。该研究得到国家自然科学基金重大项目“黑碳物质的地球化学行为与效应”（42192510/11）等资助。大气BC的Δ14C同位素分析由姜帆、汪琼琼在中国科学院广州地化所环境加速器质谱实验室（GIG-CAMS）完成。论文第一作者为暨南大学刘俊文，第一通讯作者为张干，共同通讯作者包括郑君瑜（香港科技大学（广州））、郁建珍（香港科技大学）和Örjan Gustafsson（瑞典斯德哥尔摩大学）。论文信息：J. Liu（刘俊文）,F. Jiang（姜帆）,Q. Wang（汪琼琼）,G. Zhang（张干）*,J. Li（李军）,W. Chen（陈伟华）,P. Ding（丁平）,S. Zhu（朱三元）,Z. Cheng（成志能）,X. Zhang（张向云）,Q. Sha（沙青娥）,Z. Huang（黄志烔）,X. Yuan（袁鑫）,J. Zheng（郑君瑜）*,Y. Zhang（章炎麟）,C. Yan（闫才青）,C. Tian（田崇国）,Y. Chen（陈颖军）,J.Z. Yu（郁建珍）*,& Ö. Gustafsson*,Substantial reductions in black carbon from both fossil fuels and biomass burning during China’s Clean Air Action,Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (35) e2500843122,https://doi.org/10.1073/pnas.2500843122.图1.2008-2018年间珠江三角洲大气黑碳浓度的变化（μg/m3）图2. 基于Δ14C-δ13C观测的珠三角大气黑碳来源解析（左）及“大气十条”对不同来源BC的减排效果。图3.双碳同位素源解析结果（红色）与现有排放清单（蓝色）中生物质燃烧对BC贡献对比图4. 团队成员广州地化所博士后姜帆（左）、研究员张干（中）和暨南大学副教授刘俊文（右）在广州地化所环境加速器质谱实验室。

2025-08-28

广州地化所张艳利、冉浩汎、王新明等-NC：高时空分辨率建模大幅改进森林边缘和城区BVOCs排放估算

陆地植被排放生物源挥发性有机物（BVOCs）排放占全球挥发性有机物（VOCs）总排放量90%左右，且大气反应活性强，在调控臭氧（O3）、二次有机气溶胶（SOA）以及大气氧化能力起着关键作用，深刻影响区域空气质量及全球气候变化。然而，影响BVOCs排放因素复杂，特别是在受人为活动干扰比较强烈的城市和森林边缘，植被覆盖类型等因素动态变化大，如何精确、快速在多尺度估算其排放是长期困扰科学界的难题之一。8月28日，由中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员团队张艳利研究员和其博士生冉浩汎，与清华大学张强教授团队和加州大学尔湾分校的Alex Guenther教授合作，开发的GEE-MEGAN模型为解决这一难题取得了突破性进展。GEE-MEGAN以其高时空分辨率的BVOCs建模，揭示了关键区域与以往传统BVOCs模型估算的巨大差异(全球主要城市差异高达~25倍、在亚马逊毁林弧相差约80%）。该研究成果以“Improved modelling of biogenic emissions in human-disturbed forest edges and urban areas”为题发表在《Nature Communications》期刊。构建GEE-MGEAN模型GEE-MEGAN对于广泛应用的MEGAN2.1模型（Alex Guenther教授于2012年开发）做出了重大的改进。该模型利用Google Earth Engine（GEE）强大遥感云计算能力，融合多遥感卫星数据（如MODIS、Landsat、Sentinel等）和机器学习算法（图1），改进了静态的标准排放因子地图和叶面积指数（LAI）估计，实现了10-30米空间分辨率、近实时的BVOCs排放模拟，为研究BVOCs排放带来的空气质量与气候效应提供了有力工具。图1 GEE-MEGAN模型与传统BVOCs估算模型MEGAN的异同相较于传统MEGAN模型，GEE-MEGAN模型显著优化了城市和森林边缘这些受人为活动扰动相对较大地区的BVOCs排放估算。与已有站点通量观测比较，减少了均方根误差（RMSE）21.6-48.6%，同时观测与估算值相关性也得到提升。更重要的是，GEE-MEGAN展现了出色的空间分辨率能力，对城市区域的BVOCs排放热点捕捉与真实世界的绿地分布表现出高度一致（图2）。图2 GEE-MEGAN和传统MEGAN2.1模型在巴黎、洛杉矶、伦敦和北京针对异戊二烯排放模拟与Google地图影像植被空间分布的对比城市区域BVOCs排放被低估在北京、伦敦、巴黎和洛杉矶等大型城市，GEE-MEGAN模型估算夏季BVOCs排放量相较传统MEGAN2.1模型差异巨大，最高可达25倍（图3），这主要源于GEE-MEGAN能够识别城市中植被破碎的空间分布，精准捕捉城市中微小植被斑块，从而能更好地捕捉传统粗分辨率模型所未能分辨的BVOCs排放热点。因此，GEE-MEGAN可助力更好地定量研究评估BVOCs在城区排放占比、温度依赖性及其与人为源污染物相互影响等重要问题。图3 GEE-MEGAN（M2）与MEGAN2.1（M1）针对北京、巴黎、洛杉矶和伦敦的BVOCs排放估计对比亚马逊热带雨林毁林弧BVOCs排放被高估GEE-MEGAN具备全球无缝的模拟能力，在全球最大的BVOCs排放源区—亚马逊热带雨林，也表现出卓越的空间精度模拟能力（图4）。亚马逊森林边缘受人为影响强烈，存在著名的所谓“毁林弧”（Arc of Deforestation）。在此地区，传统MEGAN2.1模型相较于GEE-MEGAN，BVOCs排放量被显著高估，局部区域甚至相差达77%，整体平均高估幅度为31%。GEE-MEGAN模型通过高分辨率数据精准反映出扰动区域的真实BVOCs排放水平，整个亚马逊区域总排放量较MEGAN2.1降低了13%左右，这对准确评估人类活动对全球森林扰动产生的BVOCs变化及其空气质量和气候变化效应极为重要。图4 GEE-MEGAN与MEGAN2.1对亚马逊区域2019年8月异戊二烯排放估算的比较 GEE-MEGAN虽然展现出高时空分辨率模拟能力，但应用起来更加快捷便利。例如：在500米分辨率下针对南美洲（南纬60°–北纬13°，西经35–90°）进行BVOCs排放模拟，在本地Intel Xeon Gold 6230R CPU（2.1 GHz）上运行，传统MEGAN2.1每个物种需要约737秒才能完成模拟，而GEE-MEGAN每个物种仅需7-9秒即获得相当结果，处理速度提升100倍左右，数据传输量减少了97-99%，即使对更大规模或更高分辨率应用，也能实现高效处理。这种排放估算从“阳春白雪”飞入“寻常百姓家”，可成为城市绿化和气候缓解策略方面的辅助工具，从而为城市规划者提供精细到社区甚至街道级别的数据支持，帮助其在实施绿化项目时有效评估空气质量和气候效益，优化绿化策略。以美国洛杉矶为例，其251个社区中，GEE-MEGAN估算BVOCs排放量比传统MEGAN估算值平均约高23倍（图5），相应的大气反应性和二次产物生成潜势也会有很大不同。随着全球变暖加剧，由于BVOCs影响O3和SOA生成乃至甲烷大气化学寿命，在全球范围和城市尺度准确评估BVOCs这些短寿命活性气体排放的重要性正在日益凸显。GEE-MEGAN通过近实时、高精度的排放模拟，极大地提高了我们对植被与大气相互作用的理解，在BVOCs排放及气候反馈、人为活动对自然系统扰动、生物圈-大气圈相互作用研究中具有应用潜力。图5. 洛杉矶GEE-MEGAN与传统MEGAN模拟BVOCs排放空间分布对比本研究受到王新明研究员主持的国家自然科学基金创新研究群体项目、国家重点研发计划项目和彭平安院士主持的广东省基础与应用基础研究重大项目等联合资助。论文信息：Zhang Y.（张艳利）,Ran H.（冉浩汎）,Guenther A.,Zhang Q.（张强）,George C.,Mellouki W.,Sheng G.（盛国英）,Peng P.（彭平安）,Wang X.（王新明）*. Improved modelling of biogenic emissions in human-disturbed forest edges and urban areas. Nature Communications,16,8064 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63437-8

2025-08-29

EPSL：深海渗漏型天然气水合物赋存区冷泉系统动态演化研究取得新进展

近日，中国科学院深海科学与工程研究所王吉亮副研究员联合中国地质调查局广州海洋地质调查局张伟正高级工程师、青岛海洋地质研究所李昂副研究员以及中国石油大学（北京）等天然气水合物领域专家，在地球科学国际权威杂志《Earth and Planetary Science Letters》（Nature Index）上发表了题为“Sand encased by fine-grained sediment regulates methane migration through the gas hydrate stability zone”的研究成果。该研究系统分析了南海北部琼东南深水盆地活跃冷泉区甲烷渗漏系统的结构特征与演化规律，为天然气水合物（可燃冰）富集机制和深海冷泉活动碳循环机理提供了全新认识。近日，中国科学院深海科学与工程研究所王吉亮副研究员联合中国地质调查局广州海洋地质调查局张伟正高级工程师、青岛海洋地质研究所李昂副研究员以及中国石油大学（北京）等天然气水合物领域专家，在地球科学国际权威杂志《Earth and Planetary Science Letters》（Nature Index）上发表了题为“Sand encased by fine-grained sediment regulates methane migration through the gas hydrate stability zone”的研究成果。该研究系统分析了南海北部琼东南深水盆地活跃冷泉区甲烷渗漏系统的结构特征与演化规律，为天然气水合物（可燃冰）富集机制和深海冷泉活动碳循环机理提供了全新认识。冷泉活动是地球系统中跨圈层物质循环和能量交换的重要方式，不仅支撑了独特的化能合成生态系统，其释放的甲烷还会导致海水酸化，并对全球气候变化产生潜在影响。近年研究表明，冷泉活动在深海环境（水深 > 500 m）中广泛发育。在细粒泥质沉积为主的深海浅地层，常发育水道砂体，形成“泥包砂”沉积结构。此类砂层的存在显著改变了地层的渗透性，促使流体超压扩散，并导致高饱和度天然气水合物的富集，对冷泉活动规律与天然气水合物资源勘查具有重要影响。然而，在天然气水合物稳定带内，“泥包砂”地层控制甲烷渗漏的具体机制及其与天然气水合物富集过程之间的成因联系，目前仍存在较大认知空白。针对上述问题，该研究在琼东南深水盆地松南低凸起一处活跃的甲烷渗漏区发现了一个12.5米厚的砂层，其中富含天然气水合物（图1a）。三维地震数据图像清晰显示，这里存在两个巨大的气烟囱：一个位于砂层下方，另一个则从砂层直通海底(图1b)。下方的气烟囱负责“供气”，其顶部与砂层接触处呈现出显著的地震异常，表明它正在向上方的砂层输运甲烷。上方的烟囱负责“排气”，它像一根导管，将砂层中的气体源源不断地输送至海底，形成冷泉渗漏。图1. （a）W01站位测井数据。图中方框（Unit A和B）为富含水合物的砂层，砂层上下泥岩层中发育高角度裂隙，砂层中未发现垂向裂隙。（2）过W01地震剖面。 S1和S1-1分别为砂层的顶界面和底界面，砂层上下分别发育两个气烟囱。研究发现，砂层在整个过程中扮演了极其重要的角色（图2）：（1）捕获与富集：砂层首先拦截了下伏气体烟囱的向上延伸，并将深部迁移来的甲烷气体“捕获”在自己体内。在高压低温的环境下，这些气体与水结合形成可燃冰，富集于砂层的孔隙中。（2）阻碍与增压：天然气水合物往往差异聚集，它们会优先在某些部位大量生成，堵塞砂层的孔隙，形成“自封盖”效应。此时，后续源源不断的甲烷气体被封堵在下部，导致其压力逐渐积聚。（3）水力压裂与逃逸：当被封闭的气体压力（超压）大到足以突破上覆泥质盖层的束缚时，便会在上覆泥岩盖层中发生二次水力压裂。这股强大的压力会突破上覆的细粒低渗沉积物，形成一个新的、直达海底的气体烟囱，从而开启新一轮的气体逃逸和冷泉活动。图2. 富甲烷超压流体在“泥包砂”地层垂向运移的演化过程该研究还表明上覆泥层中二次水力压裂的发生，须具备特定的超压与气体供给条件（图3）。当较低的甲烷通量在进入砂层后迅速形成天然气水合物，导致孔隙堵塞、渗透率降低，从而引发自封闭效应。该过程抑制了气体向上部的输运，致使砂层顶界孔隙压力无法有效累积至破裂压力临界值。这一机制很好地解释了实际地质现象：尽管部分砂层下伏气烟囱结构发育，但其对应上覆地层中并未形成贯穿至海底的气体逸出路径。原因在于低通量条件下气体运移路径被天然气水合物阻断，超压体系未能充分发育，达不到泥岩破裂所需的最小压力条件。图3. “泥包砂”地层中控制冷泉渗漏与天然气水合物富集的动态演化模型该成果对深化天然气水合物成藏理论和深海冷泉活动性认识具有重要意义，同时也为理解全球深部碳循环过程提供了关键科学支撑。论文第一作者为中国科学院深海科学与工程研究所王吉亮副研究员，通讯作者为中国地质调查局广州海洋地质调查局张伟正高级工程师。该研究受海南省国际合作研发专项、国家自然科学基金、海南省“南海新星”项目、崖州湾科技城专项和天然气水合物勘查开发国家工程中心项目的共同资助。论文信息：Jiliang Wang,Ang Li,Wei Zhang*,Jin Sun,Jiecheng Zhang,Xueqing Zhou,Shiguo Wu. Sand encased by fine-grained sediment regulates methane migration through the gas hydrate stability zone,Earth and Planetary Science Letters,Volume 669,2025,119595.论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X25003930

2025-08-29

《新能源进展》连续入选中国科学引文数据库（CSCD）核心期刊

近期，广州能源所主办学术期刊《新能源进展》入选2025-2026年度中国科学引文数据库（Chinese Science Citation Database，简称CSCD）核心期刊。中国科学引文数据库来源期刊每两年遴选一次，经过定量遴选和专家定性评估，2025-2026年度中国科学引文数据库收录来源期刊1464种，其中核心库1098种，扩展库366种。《新能源进展》2023-2024年度、2025-2026年度连续入选核心库。近期，广州能源所主办学术期刊《新能源进展》入选2025-2026年度中国科学引文数据库（Chinese Science Citation Database，简称CSCD）核心期刊。中国科学引文数据库来源期刊每两年遴选一次，经过定量遴选和专家定性评估，2025-2026年度中国科学引文数据库收录来源期刊1464种，其中核心库1098种，扩展库366种。《新能源进展》2023-2024年度、2025-2026年度连续入选核心库。《新能源进展》是由中国科学院主管、中国科学院广州能源研究所主办的学术期刊，于2012年经国家新闻出版总署批准创刊（双月刊），2013年8月起出版。《新能源进展》主要刊登可再生能源和新能源（包括太阳能、生物质能、风能、氢能、海洋能、地热能、天然气水合物等）领域科学技术以及可再生能源集成互补和相关配套技术（如储能、智能电网、分布式能源系统）方面原创性学术论文和高水平的综述性文章。2013年，《新能源进展》创刊当年就被国内中国知网、万方数据、维普资讯三大数据库收录；2014年成为国家新闻出版广电总局第一批认定的学术期刊；2015年获科学出版社颁发的“期刊出版质量优秀奖”，同年获第五届“广东省特色期刊”荣誉称号；2016年被日本科学振兴机构（JST）收录；2017年获第六届“广东省特色科技期刊”荣誉称号；2018年获“广东省优秀期刊奖”；2019年被国际数据库EBSCO收录；2020年入选RCCSE中国核心学术期刊；2021年获评广东省优秀科技期刊；2021-2024年连续入选中国科技核心期刊，被授予专业内容知识聚合服务平台创新服务示范单位；入选“2022年度煤炭领域T2级高质量科技期刊目录”；2023年入选2023-2024年度CSCD核心库期刊；入编《中文核心期刊要目总览》2023年版（即第10版）之“能源与动力工程”类的核心期刊；2024年获第八届“广东省优秀科技期刊”；2025年入选2025-2026年度CSCD核心库期刊。

2025-08-26

南海海洋所 | 研究解密珊瑚礁共栖物种形成与适应进化的遗传调控机制

近日，中国科学院南海海洋研究所林强研究员团队在海龙科鱼类对珊瑚共栖的适应进化机制取得突破性进展，相关研究成果以“Symbiosis with and mimicry of corals were facilitated by immune gene loss and body remodeling in the pygmy seahorse”为题发表于国际著名综合性期刊PNAS，并入选封面论文和同期亮点推荐（Article Highlights：Extreme mimicry ties pygmy seahorses to symbiotic corals）。同时，The New York Times（纽约时报）发表了题为“How the Pygmy Seahorse Lost Its Snout”的长篇评述文章，系统介绍了该工作的创新价值和意义。中国科学院南海海洋研究所副研究员曲朦和博士后张颖懿为本文的共同第一作者，研究员林强和教授Axel Meyer为共同通讯作者。图1 豆丁海马对宿主柳珊瑚的拟态表型（图引自《纽约时报》，https://www.nytimes.com/2025/08/25/science/evolution-genetics-seahorses.html）海洋生命的起源与多样性演化是当前海洋科学基础研究领域的核心。在广阔的海洋中，珊瑚礁生态系统蕴含着极高的生物多样性，也驱动了诸多海洋新生命的出现。在漫长的演化历程中，珊瑚礁物种展现出多彩斑斓的体色，同时伴随了个体小型化的规律，进而更好地适应复杂的珊瑚礁环境。海龙科物种是典型的小型硬骨鱼类，主要栖息于珊瑚礁和海草床等生态系统。研究团队前期工作已明确了海龙科物种适应性进化过程中诸多复杂性状的进化与遗传调控机制（Qu et al.,Science Advances,2021;Liu et al.,Nature Communications,2022）。然而，近期调查发现部分海龙科物种因栖息珊瑚而发生了完美的拟态行为，以提高其生存机会，这种对珊瑚礁生态系统的特异性适应机理目前尚缺乏相关研究。豆丁海马（Hippocampus bargibanti）是已知体型最小的硬骨鱼类之一，成体全长仅有1-2厘米，其终生专性栖息在柳珊瑚（Muricella spp.）上生存。与其它海马相比，豆丁海马没有育儿袋结构，胚胎植入雄鱼体内发育，进化出一类“雄性体内怀孕”模式。为了更好融入宿主柳珊瑚环境，豆丁海马呈现出惊人的拟态特征：全身覆盖类似柳珊瑚的瘤状结节，“长吻”退化，使其与柳珊瑚在视觉上几乎“融为一体”（图1）。众所周知，柳珊瑚分泌的毒素属于自然界中最致命的天然毒素之一，这给豆丁海马与柳珊瑚的零距离接触也带来了严峻挑战；而两者之间这种独特的附生关系如何形成，或者柳珊瑚驱动豆丁海马体型演化的调控机制一直被学界所特别关注。为了解开这些谜题，研究团队对豆丁海马展开了多组学和生物实验解析，发现豆丁海马基因组中丢失了大量与体型大小和颌面骨骼发育相关的保守非编码区（CNE），结合RNA-seq、ATAC-seq等数据的比较研究，发现这些丢失的CNE可通过调控相关基因的表达模式，而影响颌面骨骼的生长发育过程。特别有趣的是 hoxa2b 基因发生了假基因化（即失去功能），据此，基于CRISPR基因编辑实验，进一步证实了敲除 hoxa2b 基因会导致鱼类颌面骨骼发育畸形。由此，我们认为CNE丢失和关键基因（如 hoxa2b）的功能突变，是驱动豆丁海马体型极度小型化和短吻表型的关键遗传因素。据此，本研究首次提出珊瑚能驱动其共栖物种小型化的新观点（图2）。图2 豆丁海马CNE丢失与hoxa2b基因的功能突变是驱动体型小型化和短吻表型的关键调控因素豆丁海马栖息于柳珊瑚过程中，珊瑚分泌物对其生存是一把“双刃剑”。一方面，豆丁海马的神经传导和离子通道相关基因发生了显著的快速进化，这表明它们可能衍生出对珊瑚毒素更强的耐受或抵抗能力；另一方面，豆丁海马能够利用宿主珊瑚分泌物的免疫保护功能来抵御外源病原体，这可能与豆丁海马大量丢失其免疫相关基因有协同演化关系。由此推断，这种“免疫精简”策略不仅可降低其能量消耗，更有助于其“雄性体内怀孕”模式的形成，有效避免了在胚胎着床过程中的免疫排斥反应（图3）。这种高度依赖宿主，并通过主动“精简”自身基因组来获取生存优势的过程，恰好符合了生物学中“黑皇后假说”（Black Queen Hypothesis）的典型例证——舍弃某些“昂贵”的功能，依赖“伙伴”提供。图3 豆丁海马对柳珊瑚适应的进化与遗传调控机制然而，在长期的演化过程中，珊瑚礁物种的适应辐射也可能带来潜在的生存风险，毕竟豆丁海马对柳珊瑚的依赖性已不可逆转。这意味着，未来全球气候变化和人类活动一旦威胁到其特定的珊瑚礁生态系统，将直接对豆丁海马等物种构成严峻的生存挑战。本工作一经发表即受到国际学界的高度关注。巴塞罗那大学著名遗传学家Cristian Cañestro指出：“在生命的演化中，基因丢失现象十分普遍。但这项出色的研究提供了一个清晰的例证，说明基因丢失有时反而能带来益处，从而促成进化上的创新和适应性变化”。海洋生物学家Richard Smith表示：“这项研究揭示了一种残酷的现象。这些海马之所以能够成功繁衍，正是得益于它们具备的一些特征，如完美的伪装能力、小巧的体型以及独特的生理结构，但如今这些特征恰恰成了它们应对环境变化最大的弱点”。上述研究工作由国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目共同资助完成。相关论文信息：Qu M#,Zhang YY#,Woltering J,Liu YL,Liu ZX,Wan SM,Jiang H,Yu HY,Chen ZL,Wang X,Zhang ZX,Qin G,Schneider R,Meyer A*,Lin Q*. Symbiosis with and mimicry of corals were facilitated by immune gene loss and body remodeling in the pygmy seahorse,PNAS,2025,122 (35):e2423818122.原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2423818122

2025-08-26

南海海洋研究所 | 研究揭示南海东部次海盆残余脊岩浆—水化共塑机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、边缘海与大洋地质实验室（OMG）丘学林研究员团队运用纵横波速比（Vp/Vs）成像方法在南海东部次海盆残余扩张脊岩石物质属性和成因方面取得新进展。该成果发表在国际地学期刊Geophysical Research Letters《地球物理研究快报》。硕士研究生姜辉为论文第一作者，研究员黄海波和副研究员贺恩远为通讯作者。东部次海盆是南海面积最大的海盆，是研究南海海底扩张与构造演化的关键区域。东部次海盆~15.5 Ma停止扩张后，大量的后期岩浆在扩张脊附近喷发，持续近5个百万年。这些后期岩浆极大地破坏和改造了扩张末期的原生洋壳，导致其结构难以识别，阻碍了我们对南海扩张末期洋壳增生过程的认识。研究人员基于横穿残余扩张脊、长约110公里的主动源海底地震仪（OBS）剖面，利用P波、S波联合成像方法，获取了沿测线的Vp/Vs模型。模型有效区分了残余扩张脊附近的原生洋壳（Vp/Vs >1.7）和后期岩浆部分（Vp/Vs <1.7），并发现原生洋壳厚度明显减薄（3.3-4.3 km），下地壳近乎缺失。研究认为，东部次海盆扩张停止前，随着扩张速率与岩浆供给量的降低，扩张中心附近的地壳中形成了深大断裂，为海水的下渗提供了通道。在洋壳减薄区域，海水到达上地幔并形成蛇纹石化橄榄岩，蛇纹石化橄榄岩在构造张力和断层作用下被动抬升，而洋壳较厚的区域则表现为局限于地壳深处的有限蚀变。研究结果突出了岩浆-构造活动和水化过程的相互作用，为了解南海残余扩张脊洋壳的形成和改造提供了重要依据。本研究使用的OBS数据由国家基金委南海北部地球物理共享航次项目搭载中国科学院南海海洋研究所“实验2”号科考船采集，并得到国家自然科学基金、中国科学院青促会、广州市科技计划和中国科学院南海海洋研究所自主部署项目的资助。图1 南海东部次海盆主动源OBS深地震探测实验（G8G0）图2 东部次海盆残余扩张中心形成演化的模式示意图相关论文信息：Jiang,H.,Huang,H.,He,E.,Guo,J.,&Qiu,X. (2025). Hydration in the crust andupper mantle near the extinct spreadingridge in the eastern sub‐basin,South ChinaSea. Geophysical Research Letters,52,e2025GL115670. 原文链接：http://dx.doi.org/10.1029/2025GL115670

2025-08-25

深圳先进院丨免疫+抗衰老协同新型疗法：Ⅱ期临床试验显示更高缓解、更低毒性（Nature Medicine）

化疗联合免疫治疗（Chemoimmunotherapy）作为局部晚期头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的新辅助策略，虽显著提升了病理缓解率，但受限于 “患者响应异质性、药物毒性叠加、耐药机制复杂” 三大核心问题，想要保障肿瘤患者的生活质量，实现“长期受益”仍具有挑战性。中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）脑认知与脑疾病研究所（以下简称“脑所”）徐放副研究员，与中山大学孙逸仙纪念医院范松主任医师、广州国家实验室范小英研究员、哈佛大学医学院Xinhui Wang教授合作，在Nature Medicine在线发表了论文Immunotherapy and senolytics in head and neck squamous cell carcinoma: phase 2 trial results，首次证实肿瘤微环境中的免疫衰老是导致免疫治疗耐药的关键因素，并通过动物模型和全球首个Ⅱ期临床试验证实抗衰老药物联合免疫治疗显著提升头颈鳞状细胞癌（HNSCC）患者治疗响应率，且大幅降低毒副作用。该研究为实体瘤免疫治疗提供了突破性策略。文章上线截图，https://www.nature.com/articles/s41591-025-03873-7?sessionid=-465100064免疫耐药新机制：单细胞多组学揭示免疫衰老核心作用研究团队最初通过一项II期临床试验（OOC-001）发现，尽管新辅助化疗联合免疫治疗在头颈鳞癌患者中取得了47.9%的病理完全缓解率，但仍有部分患者对治疗无响应。通过单细胞多组学分析，研究人员发现这些无响应患者的肿瘤微环境中存在明显的免疫衰老特征：CCR7⁺CD4⁺幼稚T细胞和CD27⁺记忆B细胞比例显著降低，TCR/BCR克隆多样性下降，同时衰老标志物p16/p21表达升高。团队还构建了免疫衰老相关基因集（immunosenescence-associated gene set, IAGs）评分系统，证实无响应患者的T/B细胞具有更高的IAGs评分，并且发现IGF1⁺巨噬细胞比例升高与CD4⁺幼稚T细胞减少呈负相关，揭示了免疫衰老是导致治疗耐药的关键机制。临床前模型验证：抗衰老药物DQ联合PD-1抑制剂逆转免疫衰老为了验证干预策略，研究团队在多种动物模型中测试了抗衰老药物联合免疫治疗的疗效。在4-NQO诱导的HNSCC衰老小鼠模型中，与单用PD-1抑制剂或联合化疗相比，PD-1抑制剂联合达沙替尼和槲皮素（D+Q）治疗显著减少了肿瘤病灶并延长了生存期。该联合治疗降低了肿瘤内免疫细胞的衰老标志物表达，同时增加了CD62L⁺CD44⁻幼稚CD4⁺T细胞比例。这一效果在Ercc1+/-早衰小鼠模型以及膀胱癌和乳腺癌移植模型中同样得到验证，表明D+Q联合PD-1抑制剂能够通过逆转免疫衰老增强抗肿瘤免疫应答。Ⅱ期临床试验结果：抗衰老联合免疫治疗实现高效低毒基于临床前研究的积极结果，团队开展了全球首个抗衰老药物联合免疫治疗的II期临床试验（COIS-01）。24例可切除头颈鳞癌患者接受替雷利珠单抗联合达沙替尼和槲皮素的新辅助治疗后，33.3%达到主要病理缓解，其中包括16.7%的病理完全缓解率，显著优于历史免疫单药治疗数据。更值得注意的是，该方案的3-4级治疗相关不良反应发生率仅为4.2%，远低于化疗联合免疫治疗的51%。免疫组化分析证实治疗后患者肿瘤内CCR7⁺幼稚T细胞增加，衰老标志物表达降低，为这种创新联合策略的临床转化提供了有力支持。综上所述，本研究通过前后两项由研究者发起的II期临床试验，结合单细胞多组学分析和动物模型实验，首次系统性地揭示了免疫衰老在肿瘤免疫治疗耐药中的关键作用，并创新性地提出抗衰老药物联合免疫治疗的策略。初步临床数据显示，这一联合方案不仅提高了病理缓解率，还大幅降低了治疗相关副作用，展现出良好的转化潜力。同时基于多种实体瘤模型，COIS-01的远期生存率亦值得期待。本研究开启了免疫联合抗衰老治疗实体瘤的一个新方向，针对肿瘤免疫治疗响应率低的临床瓶颈问题，为改善治疗效果提供了新思路，未来如何筛选或选择更强的抗免疫衰老靶向药物，优化剂量和给药频率，以及免疫和抗衰老药物在术后或标准治疗后维持阶段如何应用都值得进一步研究。范松主任医师（中山大学孙逸仙纪念医院）、范小英研究员（广州国家实验室）、徐放副研究员（深圳先进院/深圳理工大学）、Xinhui Wang教授（哈佛大学）为论文通讯作者；刘牛（中山大学孙逸仙纪念医院研究生/深圳先进院客座学生）、吴佳颖、钟江龙、魏宾、蔡婷婷（中山大学孙逸仙纪念医院）、邓恩泽（广州国家实验室）为论文第一作者。中山大学孙逸仙纪念医院研究生/深圳先进院客座学生陈运升、缪家豪等人对论文亦有贡献。

2025-08-26

广州地化所汪程远、徐义刚等 SA：嫦娥六号样品揭示月球年轻（<30亿年）火山活动的源区特征与热驱动力

传统观点认为，月球在约30亿年前就停止了火山活动，但嫦娥五号和六号分别带回了20亿年和28亿年前的玄武岩，证明月球"休眠"时间比想象中晚得多。这一新发现引出了一个重要的问题，究竟是什么样的热动力机制维持着月球的活力？对此，中国科学院广州地球化学研究所月球科学研究团队的汪程远副研究员、徐义刚院士等，联合广州地化所-香港大学化学地球动力学联合实验室的钱煜奇博士等，对嫦娥六号样品展开了详细的研究，为回答这一问题提供了新的视角。图1. 嫦娥六号着陆区地质图及嫦娥六号玄武岩Mg#-TiO2成分与阿波罗玄武岩的对比‌ 研究团队在嫦娥六号样品中发现了两种不同类型的火山岩：分别形成于着陆区东侧的29亿年前的超低钛玄武岩和位于着陆区的28亿年前的低钛玄武岩（图1）。它们虽然形成时间接近，但成分和源区深度差异显著（图2）。前者的源区略深（约120公里），不含钛铁矿；‌后者源自浅部（60-80公里）月幔，含少量钛铁矿。通过高温高压实验和微量元素模拟计算（图3），发现它们的源区分别对应月球早期岩浆洋结晶形成的含钛铁矿辉石岩（IBC）和辉石岩层。令人意外的是，本应沉入月球深部的IBC竟仍存在于浅部月幔，且受到了SPA大撞击的影响。图2. 嫦娥六号玄武岩起源温度和压力条件图3. 微量元素比值Ta/Nd-Zr/Nb模拟嫦娥六号玄武岩源区矿物组合传统理论认为，月球火山活动可能由富水或KREEP（一种富含放射性生热元素的物质）的源区驱动，但嫦娥五号和六号样品均排除了这两种可能：它们的源区贫水且亏损放射性成因同位素。基于嫦娥六号两类玄武岩的对比研究，研究团队提出了全新的机制（图4）：考虑到月球冷却过程中岩石圈逐渐加厚，岩浆很难到达月表而是底垫在具有不同流变性质的岩层中间。一般认为，岩石圈底部是具有不同流变性质的分界层，然而，热传导模拟表明，即使是高速的岩浆底侵到岩石圈底部，仍很难引发浅部IBC的熔融。因此，研究团队进一步提出，岩石圈内部IBC和下方橄榄岩之间可能是一个被忽视的分界层。热传导模拟显示，底垫到这个分界层的岩浆可以向上加热引发IBC熔融。图4. A. 月球早期（>30亿年）火山活动的多种热动力机制；B. 月球晚期（<30亿年）火山活动的浅部热动力机制；C. 遥感观测揭示的月球火山成分随时间的变化为进一步证明该机制可以适用于全月球火山，研究团队利用遥感数据分析了月球火山活动的成分随时间的变化，发现~30亿年可能是‌月球内部热动力的转折点（图4C）：30亿年前的玄武岩成分变化没有规律，表明其热动力机制是多源且复杂的（如KREEP、潮汐加热、撞击等）。30亿年之后，热驱动力变得单一，自下而上的的热传输机制占据主导。由于IBC层的流变学阻挡作用，深部来源的岩浆不能喷出月表。底垫岩浆的热传导致使年轻月球火山活动的源区集中在浅部月幔。此外，由于月幔结构上可能的二分性（正面的IBC相对背面可能具有更多的钛铁矿），使得正背面的年轻火山成分上也出现差异：正面以嫦娥五号玄武岩类型为主导，而背面则以嫦娥六号超低钛玄武岩类型的火山活动为主。该研究近期于近期发表在《科学进展》杂志上，研究主要受中国科学院院长基金，中国科学院广州地球化学研究所所长基金，以及香港研究资助局和中国科学院联合实验室等项目的资助。论文信息：Chengyuan Wang （汪程远）,Yuqi Qian（钱煜奇）,Jintuan Wang（王锦团）,Liang Liu（刘亮）,Le Zhang（张乐）,Zhiming Chen（陈志铭）,Jingyou Chen（陈景有）,Guanhong Zhu（朱冠虹）,Xianglin Tu（涂湘林）,Zexian Cui（崔泽贤）,Qing Yang（杨晴）,Yan-Qiang Zhang（张彦强）,Pengli He（贺鹏丽）,Yonghua Cao（曹永华）,Haiyang Xian（鲜海洋）,James W. Head III, Yi-Gang Xu*（徐义刚）,The source and thermal driver of young (<3.0 Ga) lunar volcanism. Science Advances

2025-08-26

广州地化所陈景有、张乐、徐义刚等-NA：嫦娥六号月壤揭示月球阿波罗盆地形成于约41.6亿年前，定位太阳系撞击历史关键锚点

月球形成初期曾经历剧烈的小天体撞击事件，其表面广泛分布的巨型撞击盆地（直径超过300公里）是最直观的地质记录。这些巨型撞击盆地集中形成的时期被称为月球晚期重轰击（Late Heavy Bombardment，LHB），其本质反映了月球撞击通量的变化。关于LHB期间月球撞击通量的变化，学术界长期存在两种对立的观点：1、撞击通量自月球形成后呈现持续缓慢下降的趋势； 2、撞击通量在距今约38–40亿年内突然升高。导致这一争议的主要原因是月球的大多数撞击盆地缺乏精确的放射性同位素年龄的约束。嫦娥六号采样点所在的阿波罗（Apollo）盆地直径约540公里，作为月球南极-艾特肯（SPA）盆地内最大的次级撞击构造，其形成年龄可能标志着LHB的启动时间。因此，精确测定该盆地的形成年龄成为破解LHB之谜的关键。图1 嫦娥六号月壤中识别出的三颗KREEP岩屑撞击熔融岩石（impact melt rock）是月球岩石遭受撞击时产生的高温熔体冷却结晶而形成的一类特殊月球岩石，被视为记录月球撞击历史最理想的“地质时钟”。通过对这类岩石的精细年代学研究，有望获得Apollo盆地的形成时代。中国科学院广州地球化学研究所月球样品研究小组陈景有博士后、张乐高级工程师等在徐义刚院士指导下，联合大湾区研究团队（中山大学肖智勇教授和香港大学钱煜奇博士）以及国外合作者，从3.5 g嫦娥六号月壤样中识别出三颗撞击熔融岩屑（图1）。这些岩石碎屑(150-350微米）具细粒嵌晶-斑状结构、高Co/Ni（11.2–14.6）铁镍金属以及矿物组合不一致的冷却速率等特征，且显著富集不相容元素（图2a-c），其Sr同位素符合KREEP（泛指富集钾元素、稀土元素，磷元素及其他不相容元素组分的月球岩石）岩石演化的特征（图2d）。因此本次发现的这三颗岩屑为富KREEP撞击熔融岩石。图2 三颗撞击熔融岩屑的微量元素成分以及Sr同位素组成。研究团队利用离子探针技术分析了两颗岩屑中的含锆矿物、磷酸盐矿物以及其他硅酸盐矿物，得到了具有非常一致的Pb-Pb年龄，分别为4164±7 Ma和 4184±40 Ma，平均加权年龄为41.6 亿年，很可能对应于一次大规模撞击事件的发生时间。图3 最左侧Pb-Pb等时线年龄。考虑到嫦娥六号采样点位于南极-艾特肯（SPA）盆地中的阿波罗盆地内，上述获得的撞击年龄最有可能记录的是SPA或者阿波罗盆地的形成时代。然而现有的样品分析和撞击坑统计研究表明，SPA盆地的形成年龄早于42亿年前。因此，本研究分析的较年轻的撞击熔体碎屑（~4.16 Ga）最有可能记录的是阿波罗盆地的形成年龄。三颗岩屑的KREEP特征指示它们是阿波罗撞击盆地形成的产物。SPA撞击盆地内部的KREEP物质被认为有三种可能的来源：1、雨海盆地撞击对跖点溅射；2、SPA撞击事件本身挖掘出的深部月球岩浆洋残余物（urKREEP）；3、SPA撞击熔融池的分异产物。本研究获得的撞击年龄（4.16 Ga）显著老于雨海盆地的年龄（~3.9 Ga），并年轻于预计的SPA年龄，因而排除了第一和第二种来源。热化学模型的结果显示SPA撞击熔融池可能经历了类似月球岩浆洋的结晶过程，导致晚期分异残余物具有类似KREEP地球化学特征。地形地貌观测表明，在阿波罗盆地形成以前，部分SPA撞击熔融池分异的KREEP物质已分布在Apollo盆地区域（图4a）。因此，在阿波罗盆地形成时，该区域之前分布的KREEP物质将无可避免地被改造，形成新的具有KREEP属性的撞击熔体。最后，由Chaffee S撞击事件将阿波罗撞击产生的富KREEP岩石输送至嫦娥六号着陆区（图4b）。图4 嫦娥六号月壤样品中富KREEP撞击熔融岩石成因模式图。综合遥感数据、地球化学数据、岩石学特征和着陆区地质背景等多方面的信息，本项工作证实了阿波罗盆地形成于距今约41.6亿年前，这一发现对于理解太阳系晚期重轰击（LHB）事件具有两点新的指示意义。第一，基于撞击坑频率统计的结果表明，阿波罗盆地的形成年龄略晚于酒海（Nectaris）盆地的形成年龄（图5）。由于酒海盆地常被用作LHB事件的起始标志，这一结果将LHB的起始时间进一步约束至早于41.6亿年。第二，撞击通量的分析揭示LHB期间撞击通量呈缓慢衰减，不支持灾变式（38-40亿年间撞击通量激增）的LHB。图5 晚期重轰击（LHB）期间月球撞击通量的变化模式图项目资助：本工作得到了中国科学院、中国科学院广州地球化学研究所月球研究项目和中国科学院与香港地区“化学地球动力学联合实验室”等的资助。论文信息：中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士研究团队，联合粤港澳大湾区科研力量（中山大学、香港大学）及国际合作学者（英国曼彻斯特大学、美国布朗大学和圣母大学），通过对嫦娥六号返回样品中撞击熔融岩屑的系统分析，成功确定了嫦娥六号采样点所在的阿波罗盆地形成于距今约41.6亿年前，为揭示太阳系早期撞击历史提供了关键的时间锚点。研究成果以“KREEP-like lithologies in the South Pole-Aitken basin reworked by the Apollo basin impact at 4.16 Ga”为题，于北京时间2025年8月20日星在线发表于Nature Astronomy。论文共同第一作者为中国科学院广州地球化学研究所陈景有博士后和张乐高级工程师，通讯作者为徐义刚院士。

2025-08-20