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深时重大生物和气候事件与全球变化:进展与挑战

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科学通报 2024年第2期69卷 268-285页

作者：沈树忠张飞飞王文倩王向东樊隽轩陈吉涛王博曹剑杨石岭张华李高军邓涛李献华陈骏南京大学地球科学与工程学院关键地球物质循环前沿科学中心内生金属成矿机制研究国家重点实验室南京210023 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学与地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所脊椎动物演化与人类起源重点实验室北京100044 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

地球自5.4亿年前现代生态系统形成至今,发生了多次与碳循环扰动有关的重大气候事件.这些事件的触发机制、发展过程、环境变化及其伴随的生物响应型式为科学评估当今全球变化背景下生物多样性现状提供重要借鉴.然而,古-今生态系统变化时... 详细信息

地球自5.4亿年前现代生态系统形成至今,发生了多次与碳循环扰动有关的重大气候事件.这些事件的触发机制、发展过程、环境变化及其伴随的生物响应型式为科学评估当今全球变化背景下生物多样性现状提供重要借鉴.然而,古-今生态系统变化时间尺度大不相同,高分辨率关键环境因子(温度、CO_(2)、降雨量、海洋氧化还原条件等)在深时记录中亦难以获取,深时海陆生物多样性模式尚缺乏高分辨率记录.因此,当今全球变化与深时记录对比存在巨大鸿沟.地球5.4亿年以来大部分时间处于两极无冰的温室状态,期间伴随多次极冷和极热气候事件,但地球深时重大生物演化和气候事件的关系复杂.生物多样性在变冷的奥陶纪早期、晚古生代大冰期、晚新生代大冰期以及中-晚三叠世和白垩纪热室期均呈现稳定增加,而在奥陶纪末冰期快速降温期间和二叠纪末、三叠纪末、白垩纪末火山排气作用导致的快速升温过程中急剧下降.地质时期生物多样性对气候变化的不同响应型式表明,生物多样性变化的根本驱动因素可能不是简单的温度、大气CO_(2)浓度等环境因子的背景值高或低,而是环境因子的变化速率(环境变率).变率较小,环境相对稳定,生物有足够的时间适应环境变化,生物多样性不会丧失,甚至繁盛.反之,若环境因子变率过大,超出了生态系统的承受力,生物来不及适应,生物多样性就会显著降低,甚至引发大灭绝.已有模拟和计算表明,当今地球碳排放的速度有可能超过了地质历史时期任何一次生物大灭绝事件.因此,避免环境突变事件和生物大灭绝的再次发生成为政界、科学界和普通民众关注的焦点.打通地球多圈层界限,开展古-今地质记录、冷-热极端气候、海-陆生态系统和长-短时间尺度的综合对比研究,并通过建立适用于深时的地球系统模型,模拟重大生物和环境事件的背景与发生过程,是地球系统科学未来发展的重要方向.

关键词：深时极端气候重大生物事件环境变率全球变化地球系统模拟

云南寒武系下部红井哨组三叶虫云南马龙头虫(Malongocephalus yunnanensis)的软躯体构造

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古生物学报 2024年第2期63卷 207-220页

作者：朱玉妍曾晗孙智新刘瑶赵方臣现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所南京210008 中国科学院大学北京100049

三叶虫是古生代海洋中最引人注目的节肢动物之一,其外骨骼具有极高的多样性。相较于易于保存的矿化外骨骼,三叶虫的软躯体构造往往难以在化石记录中保存,这增加了三叶虫内部构造解剖和演化的研究难度。寒武纪布尔吉斯页岩型特异埋藏化... 详细信息

三叶虫是古生代海洋中最引人注目的节肢动物之一,其外骨骼具有极高的多样性。相较于易于保存的矿化外骨骼,三叶虫的软躯体构造往往难以在化石记录中保存,这增加了三叶虫内部构造解剖和演化的研究难度。寒武纪布尔吉斯页岩型特异埋藏化石群中独特的保存条件使得三叶虫精细的软躯体构造得以保存,为解析三叶虫内部构造提供了材料。本文描述了来自云南昆明呈贡下庄剖面寒武系第二统第三阶红井哨组泥岩中产出的云南马龙头虫(Malongocephalus yunnanensis Zhang and Lin in Zhang et al.,1980)的软躯体构造。标本展示了M. yunnanensis的触角至少有13个肢节,触角后附肢具有板片状的外肢。消化道分化为前肠、中肠和后肠,头部见三对消化腺。这是莱德利基虫目(Redlichiida)小阿贝得虫科(Abadiellidae)中软躯体构造的首次报道,丰富了寒武纪早期三叶虫的解剖学信息。本研究比较分析了莱德利基虫目的触角相对长度差异,对三叶虫的消化系统构造进行了讨论。

关键词：寒武系筇竹寺阶红井哨组三叶虫澄江动物群节肢动物

中全新世福建沿海地区海平面波动:基于NDQK5岩芯介形类化石记录

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地质学报 2024年第2期98卷 333-345页

作者：贾宝岩彭博王继龙于俊杰周保春赵泉鸿李保华王亚琼中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学与地层学国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 中国地质调查局南京地质调查中心江苏南京210016 上海自然博物馆(上海科技馆分馆) 上海200041 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092

福建沿海地区第四系较为发育,是研究晚更新世以来相对海平面变化的理想区域。本文以福建宁德NDQK5岩芯中产出的高分辨率介形类化石为研究对象,结合加速器质谱法(accelerator mass spectrometry,AMS)14C和光释光测年技术建立岩芯年代框架... 详细信息

福建沿海地区第四系较为发育,是研究晚更新世以来相对海平面变化的理想区域。本文以福建宁德NDQK5岩芯中产出的高分辨率介形类化石为研究对象,结合加速器质谱法(accelerator mass spectrometry,AMS)14C和光释光测年技术建立岩芯年代框架,重建了中全新世期间福建沿海地区的相对海平面变化。结果显示,NDQK5岩芯中的介形类化石记录主要分布于4~17.1 m段,对应年代约为8.2~6.9 ka BP。岩芯内共计识别出海相介形类23属26种,根据优势种以及特征种的相对丰度变化特征可将岩芯内的介形类动物群划分为3个组合:①介形类组合A以Bicornucythere bisanensis和Sinocytheridea impressa为主,代表潮下带环境;②介形类组合B以Sinocytheridea impressa和Neomonoceratina delicata为优势种,指示近岸内陆架的沉积环境;③介形类组合C以Sinocytheridea impressa和Loxoconcha ocellifera为主,代表潮间带的沉积环境。基于介形类组合的分布特征,本文推断福建沿海地区海平面约在8.2~7.4 ka BP期间持续上升,并在约7.9~7.4 ka BP区间达到最高;7.4~7.0 ka BP期间海平面下降,随后再次上升。因此,介形类化石记录指示福建沿海地区在全新世高海平面背景下依然存在相对海平面的次一级波动。同时,结合已有福建沿海地区海平面变化驱动机制的研究结果,本研究推断8.2~7 ka BP期间福建沿海地区的海平面变化可能主要受控于冰盖融水;7 ka BP后该地区的海平面波动可能受控于“冰川-水均衡调整”作用。

关键词：宁德东海 MIS 1 中全新世高海平面介形类组合

青藏高原及其周边志留纪综合地层、生物群与古地理演化

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中国科学：地球科学 2024年第4期54卷 1026-1057页

作者：陈中阳陈清王光旭方翔唐鹏闫冠州袁文伟黄冰张小乐燕夔张元动王怿中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049

青藏高原志留纪的古生物学与地层学研究已有百余年的历史,随着第二次青藏高原综合科学考察研究项目的启动,对于青藏高原志留纪的地层系统和化石群的总结,及其与周边地区的对比亟待更新.本文在青藏高原及其周边选择了33条代表剖面,从地... 详细信息

青藏高原志留纪的古生物学与地层学研究已有百余年的历史,随着第二次青藏高原综合科学考察研究项目的启动,对于青藏高原志留纪的地层系统和化石群的总结,及其与周边地区的对比亟待更新.本文在青藏高原及其周边选择了33条代表剖面,从地层区划、岩石地层、年代地层和生物地层等方面,对已有的资料进行了总结,将青藏高原及其周边划为了4个地层区:西藏-滇西-川西地层区、昆仑-祁连地层区、华南地层区和塔里木地层区.其中青藏高原主体部分被划入了西藏-滇西-川西地层区,该地层区地层和生物组合发育基本完整,一定程度上弥补了我国其他地区志留系研究的不足.通过对志留纪青藏高原及其周边古生物地理研究的总结,尤其是对鱼类动物群、孢型植物组合和腕足动物群分布特征的梳理,指出华南、塔里木和印支等三大板块之间的关系应该比此前认为的更为密切.与研究程度较高的周边地区相比,青藏高原主体部分的志留系尚处于初步研究阶段,诸多问题和领域有待开展和深入研究.未来需要对志留系底部黑色岩系的时限、分布和资源量进行研究,为我国未来页岩气勘探开发提供新的方向.志留系中-上部浅海地层需要进行进一步的划分.由于青藏高原地区的志留系发育较完整,在生物地层学工作基础上,更有潜力补充和完善我国志留纪的碳同位素地层学研究.

关键词：青藏高原志留纪地层区划岩石地层生物地层古地理演化

基于RNA-seq数据分析长牡蛎(Crassostrea gigas)天然免疫的可变剪接事件

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海洋与湖沼 2024年第1期55卷 182-192页

作者：李若晖张琳琳中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049

大部分无脊椎动物缺乏基于经典抗体和记忆细胞的适应性免疫,因而天然免疫在无脊椎动物免疫防御中发挥不可或缺的作用。可变剪接正是产生天然免疫多样性和特异性的重要途径。牡蛎(Crassostrea)是全球范围内的大宗养殖贝类和我国产量最高... 详细信息

大部分无脊椎动物缺乏基于经典抗体和记忆细胞的适应性免疫,因而天然免疫在无脊椎动物免疫防御中发挥不可或缺的作用。可变剪接正是产生天然免疫多样性和特异性的重要途径。牡蛎(Crassostrea)是全球范围内的大宗养殖贝类和我国产量最高的海水养殖贝类,理解其天然免疫系统的多样性和特异性对牡蛎病害防治和养殖业健康可持续发展至关重要。通过对不同病原诱导以及诱导后不同时间的转录组进行生物信息分析,系统地研究了长牡蛎天然免疫应激反应的可变剪接事件。发现在弧菌诱导下可变剪接事件的总数显著增加,表明弧菌的感染会诱导长牡蛎可变剪接事件的产生。对病原诱导后可变剪接体的组成类型及表达量显著变化的基因的功能富集分析,表明免疫系统相关功能被显著富集,病原感染不同阶段以及不同病原感染后可变剪接体的组成类型和表达量均不一致,表明长牡蛎免疫系统可通过可变剪接产生免疫响应的特异性和多样性。研究结果为长牡蛎等无脊椎动物天然免疫多样性和特异性提供了典型实例,也为长牡蛎病害防御提供了理论支撑。

关键词：长牡蛎可变剪接病原体诱导天然免疫

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内质网钙稳态与内质网应激

中国科学：生命科学 2024年第8期54卷 1318-1326页

作者：赵松刘红美唐铁山中国科学院动物研究所膜生物学国家重点实验室器官再生与智造重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100101 北京干细胞与再生医学研究院北京100101

维持内质网(endoplasmic reticulum, ER)中Ca^(2+)存储的稳态对于准确的Ca^(2+)信号传导和关键的细胞功能至关重要.内质网作为细胞内Ca^(2+)的主要存储介质,对蛋白质折叠、分泌和Ca^(2+)稳态十分重要.内质网Ca^(2+)耗竭诱导内质网应激... 详细信息

维持内质网(endoplasmic reticulum, ER)中Ca^(2+)存储的稳态对于准确的Ca^(2+)信号传导和关键的细胞功能至关重要.内质网作为细胞内Ca^(2+)的主要存储介质,对蛋白质折叠、分泌和Ca^(2+)稳态十分重要.内质网Ca^(2+)耗竭诱导内质网应激已被广泛认可,但是关于Ca^(2+)耗竭诱导内质网应激的机制目前尚不十分清楚;此外内质网Ca^(2+)过载是否会诱导内质网应激反应也知之甚少.本文总结了内质网钙稳态与内质网应激通路相关研究的最新进展.

关键词：钙稳态 Ca^(2+)耗竭内质网钙过载内质网应激

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合成生物学在干细胞工程化改造中的研究进展

合成生物学 2024年

作者：蔡冰玉谭象天李伟中国科学院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室中国科学院大学中国科学院干细胞与再生医学创新研究院北京干细胞与再生医学研究院

多能干细胞具备自我更新能力和多向分化潜能，其分化衍生的细胞及类器官在再生医学中具有巨大的应用潜力。但是干细胞临床转化仍然存在许多挑战。合成生物学“自上而下”的设计理念，结合基因编辑以及合成受体在内的强大工具库，能够赋... 详细信息

多能干细胞具备自我更新能力和多向分化潜能，其分化衍生的细胞及类器官在再生医学中具有巨大的应用潜力。但是干细胞临床转化仍然存在许多挑战。合成生物学“自上而下”的设计理念，结合基因编辑以及合成受体在内的强大工具库，能够赋予细胞新的功能，实现干细胞工程化改造。在此，本文总结了多能干细胞的临床应用和干细胞临床转化面临的主要挑战：干细胞分化衍生物的致瘤性、异质性、免疫原性，以及合成生物学在干细胞工程化改造中的应用：精确控制细胞命运、调控细胞通讯、优化类器官结构功能、监测并清除致瘤细胞。这些合成生物学工具为干细胞工程化改造提供了新的策略和平台，有望解决干细胞临床应用现存的诸多挑战，推动再生医学的进一步发展，实现“器官再生”这一核心目标。

关键词：多能干细胞合成生物学细胞治疗类器官干细胞工程化改造

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高宝邵伯湖鱼类群落结构及其多样性特征

生态学杂志 2024年

作者：王奕杨毛志刚谷孝鸿姚禹佳曾庆飞陈辉辉中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室中国科学院大学

为更好地了解高宝邵伯湖鱼类群落结构和多样性特征，明确环境因子对鱼类群落的影响，本研究于2022年4月、6月、9月和12月连续4个季度在高宝邵伯湖三个湖区高邮湖、宝应湖和邵伯湖进行鱼类资源调查。结果表明：调查共采集鱼类48种，隶属... 详细信息

为更好地了解高宝邵伯湖鱼类群落结构和多样性特征，明确环境因子对鱼类群落的影响，本研究于2022年4月、6月、9月和12月连续4个季度在高宝邵伯湖三个湖区高邮湖、宝应湖和邵伯湖进行鱼类资源调查。结果表明：调查共采集鱼类48种，隶属于12科36属，其中鲤科鱼类占调查物种总数的70.8%；高宝邵伯湖全湖群落优势种为湖鲚（Coilia ectenes taihuensis）、鲫（Carassius auratus）、鳙（Aristichthys nobilis）、达氏鲌（Culter dabryi）及鲢（Hypophthalmichthys molitrix）等9种鱼类；不同湖区内的优势种组成存在一定的区别，高邮湖和邵伯湖的第一优势种为小型鱼类湖鲚，而宝应湖的第一优势种为大型鱼类鳙；从鱼类多样性的角度来看，高宝邵伯湖鱼类群落的Margalef物种丰富度、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数的变动范围分别为1.80～2.20、1.36～1.68和0.61～0.74，总体上处于一般水平；随机森林模型（Random Forests）定量分析结果显示，水质污染程度及浮游动物生物量是影响高宝邵伯湖鱼类多样性指数的关键环境因子；与历史资料相比，高宝邵伯湖的鱼类物种数量下降，群落结构改变，但小型化趋势略有缓解。渔业管理的实施、水质和生物饵料资源状况等是高宝邵伯湖渔业资源变化的主要影响因素。

关键词：高宝邵伯湖鱼类群落组成优势种环境因子鱼类多样性随机森林

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富春江水库浮游植物功能群变化的成因

环境科学 2024年第1期45卷 181-193页

作者：张萍王炜朱梦圆国超旋邹伟许海朱广伟中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 杭州市生态环境局淳安分局杭州311700

为探究富春江水库浮游植物群落结构的演替特征、水华风险机制及关键影响因素,分别于2020年8月和11月与2021年1月和4月在富春江库区及上下游11个断面采样分析浮游植物、浮游动物群落结构及相关理化指标,对浮游植物进行功能群(FG)分类,并... 详细信息

为探究富春江水库浮游植物群落结构的演替特征、水华风险机制及关键影响因素,分别于2020年8月和11月与2021年1月和4月在富春江库区及上下游11个断面采样分析浮游植物、浮游动物群落结构及相关理化指标,对浮游植物进行功能群(FG)分类,并应用非度量多维尺度分析(NMDS)和冗余分析(RDA)等统计方法探讨功能群变化的影响因素.结果发现,富春江水库浮游植物可分为18个功能类群,其中10个为优势类群;功能群的组成存在显著时空差异:空间上,库区上游江段主要以小环藻(Cyclotella)为代表的C类群和以沟链藻(Aulacoseira)为代表的P类群占优,与该江段中富营养混合水体的环境特征相符;富春江库区仍以P类群为主,但沿程优势度逐渐减小;库区下游江段MP类群逐渐占优,且在钱塘江口占据绝对优势,反映了感潮河流扰动频繁、浊度较高的环境特征;季节上,夏季功能群类型最为丰富,为P+L0+J+M+S1+H1+MP型,除了全年都占优的沟链藻为代表的P类群,还包括多个以蓝藻和绿藻为代表的类群,反映出生境多变、生产力旺盛的水环境特征;秋季演替以长孢藻(Dolichospermum)为代表的H1类群占优,总体为P+H1,反映了水量减少、流态趋于静止的水环境特征;冬季小环藻的突增,C类群占据优势,总体为P+C,反映出换水减弱、富营养化加剧的环境条件变化;而春季类群又逐渐丰富,为C+D+P+MP,也反映出降雨增多、气温升高引起的河流生境多变的环境背景特征.根据C-R-S生长策略分析,R策略类群是富春江水库浮游植物的主导类群,与富春江流域各江段高干扰、低胁迫的总体生境特征吻合.RDA分析表明,水温、浮游动物生物量、高锰酸盐指数、流量、总氮和总磷与浮游植物功能群组成显著相关(P动物是影响浮游植物功能群时空差异的关键因素.研究表明,水文气象过程对富春江流域浮游植物群落结构影响至关重要,夏季高温季节流态变化可能是诱发富春江库区蓝藻水华的关键因子;降低藻类水华的风险,应在河流氮磷负荷控制的基础上,充分考虑水利调度的协同控制.

关键词：浮游植物功能群流态气温河流型水库浮游动物