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《大自然》2016年第3期精彩导读

刊首:微生物海洋学—— 一个新兴交叉学科

焦念志

海洋是生命的摇篮,微生物是生命的起点,从诞生之日就影响着整个地球系统。微生物在地球圈层中的作用超乎人们的想象。二十多亿年前的微生物产氧作用从根本上改变了地球环境,并促进了后续生命形式的诞生和演化,直至形成今天的世间万物。现代海洋中,微生物是生源要素循环和能量流动的主要驱动者和承担者。当今全球关注的气候变化、环境安全、生态健康、可持续发展无一不与微生物海洋学过程息息相关。海洋是地球上最大的生态系统,微生物则是这个系统中无处不在的、最活跃的驱动因子。

海洋微生物种类繁多、多样性极高,各司独特的功能。海洋中的细菌、古菌和病毒等微生物的生态过程直接影响着海洋生态系统的结构与功能,与资源、环境、生态灾害和气候变化紧密关联,诸如地球历史上曾经出现的缺氧事件、硫化海洋、生物灭绝,以及现代海洋中的赤潮灾害、酸化问题等等无一例外。另一方面,微生物对环境极为敏感,是人类认识环境问题的透视镜,是预警生态灾害的风向标,也是调控生态系统持续发展的有力抓手。现代近海面临的环境问题可视为类似地史事件的微缩版,可望通过微观与宏观的链接、将今论古和学科交叉等方法,实现对海洋生态系统结构与功能认知的突破,揭开长期以来人类在一系列重大环境问题的过程与机制等方面的认知盲区。“微生物海洋学”已成为贯穿海洋生态系统、连接微观与宏观过程、跨越时空鸿沟、实现学科交叉和科技融合的新兴前沿领域。

近年来,微生物海洋学的新发现大大改变了以往人们对海洋生态系统结构和功能的认识,并形成一系列新概念和新理论,推动学科迅速发展。比如:人们发现以往被认为是“分解者”的异养细菌竟然也有光合作用功能;细菌叶绿素色素和视紫红质引导的光利用改变了我们对海洋能流的认识;黑暗固碳古菌的发现更是颠覆了“万物生长靠太阳”的古训;厌氧氨氧化细菌的发现改写了曾被视为经典的氮循环路径;海洋病毒及其功能的发现再造了生态系统能流分配和资源输出构架等等。

在我国,近年来微生物海洋学的研究取得了快速发展,成立了全国未来海洋联盟和微生物海洋学学会,我国科学家领衔在世界学术品牌美国戈登论坛(GRC)发起创立了基于微生物海洋学过程与地球化学交叉的永久论坛。当前,经略海洋成为国家战略,无论是基础前沿的突破,还是重大生态环境问题的解决,都寄希望于微生物海洋学的蓬勃发展,也希望更多年轻人投身这个研究领域。

 

植物与微生物的恩怨情仇

作者:林石狮    推荐:赵雪

微生物在植物发展演化过程中一直如影随形,颇有些纠缠不休的意思,形成了非常有特点的演化关系。植物受其制约,也在此过程中发生了独特的变化。这种变化在植物的花朵上、根茎上以及协同演化旅途上留下了怎样的烙印?

 

认识西南森林中的大型真菌

作者:李飞飞    推荐:赵雪

我国西南地区的森林中生长着许多色彩缤纷、形状各异的蘑菇,它们中不仅有人们熟知和喜食的大型真菌,还有“身怀绝技”、暂不为人知的“隐士”,都是西南地区经济发展的重要依靠。让我们走进广袤的森林,来认识这些可爱的生命。

 

肠道细菌 ,掌控健康的“幕后老板”

作者:余敬伟    推荐:赵雪

研究发现,人体肠道微生物可不是帮肠道打工的“小弟”,而是真正影响身体健康的“幕后老板”。肠道菌群与个人的健康状况有极大的关联,还可以通过对激素分泌的控制,间接对大脑以及神经系统产生影响,进而影响人的心情和行为。你是不是也很好奇:小小微生物怎么会有如此大作为?

 

真菌中的“潜力股”—木霉

作者:李竹 顾金刚    推荐:赵雪

借助于显微镜,我们可以看到真菌的世界。比如木霉,它们在自然界中分布很广,大多数木霉是植物的密友,能帮助促进植物生长,或作为生物农药防治植物病害。更重要的是,在几乎无处不在的生物降解和生物转化过程中,不起眼的木霉还能为我们人类办大事。木霉被称为“潜力股”可谓实至名归呀。

 

疫苗,人类的生命卫士

作者:贺春莲 范兆兰 李涛    推荐:赵雪

2016年3月,“过期疫苗”的消息令很多人满腹疑云,不知所措。疫苗是什么?对人体会产生什么样的作用?过期疫苗是否真的那么可怕呢?

 

杀虫精灵——苏云金杆菌

作者:殷学波    推荐:赵雪

在灭虫微生物中,苏云金杆菌很有名气,人们最早认识它是在德国的面粉厂里。苏云金杆菌能产生多种对昆虫有致病作用的毒素,利用苏云金杆菌制备的农药也已经用了半个多世纪。近期科学家发现,利用转基因技术把苏云金杆菌的抗虫基因转移到农作物体内,让农作物自己制造农药也是可行的。

 

不平凡的深海微生物世界

作者:蔡兴盛    推荐:赵雪

深度达到或超过1 000米的深海海洋并不是以往人们想象的寂静单调世界,正相反,那里有特殊的深海生物和数量众多的微生物。研究发现,海洋环境拥有最丰富的生物多样性,对于海洋生态系统乃至整个生物圈都有举足轻重的作用。让我们和科学家一起聚焦深海的冷泉和热液,认识那些奇妙而且生机盎然的微生物。

 

珊瑚和虫黄藻的故事

作者:林强    推荐:赵雪

自然界中,“互利共生”的现象很普遍,往往也很精彩。海洋中的珊瑚和虫黄藻之间是怎样互利共生的?它们共同演绎了怎样一个协同演化的有趣故事?

 

岩石上滑溜溜的微生物被膜

作者:刘少昱    推荐:赵雪

你知道吗?看似微小、简单而平静的微生物被膜里生活着繁杂而忙碌的小生命,堪称微观“城市”。那里有极大的微生物多样性和微多相性,也是微生物在自然界中的主要生存方式。溪流中的被膜是溪流生态系统中能量和营养物质循环的基础,影响着生态系统的稳定与平衡。

 

走近绿藻的精彩世界

作者:虞功亮 向贤芬    推荐:赵雪

水中的浮游生物数量众多、形态各异,其中占主角地位的浮游植物非绿藻莫属。利用藻类生产生物能源是一个高效、清洁、环保的新能源途径;藻类在食品、药品和保健品方面的应用也十分广泛;利用绿藻生物处理污水的方法也被应用于印染行业等工业污水的处理上。但是,我们真的了解绿藻吗?

 

黑枕黄鹂孵化拍摄记

作者:刘立才    推荐:罗蓉

作者以极大的耐心,仔细观察并记录了一对黑枕黄鹂夫妇从产卵抱窝到幼雏成长直至幼鸟出巢的全过程。虽然得以近距离接触,但如何辨认雌雄鸟?雌鸟孵卵期间如何进食?亲鸟为何吞食雏鸟的粪便?雌雄鸟似乎有不同的喂食偏好,这是普遍规律还是特殊现象呢?诸多问题还有待进一步研究解答。

 

守候泰山灰蝶的蜕变之旅

作者:宋憬愚    推荐:罗蓉

作者在泰山拍摄昆虫时,偶遇了蓝燕灰蝶幼虫,由此开始了这段与琉璃灰蝶、蓝灰蝶、霓纱燕灰蝶及灰蝶相伴的故事。

 

庄稼地的“不速客”——黑叶猴

作者:牛克锋    推荐:罗蓉

黑叶猴在全球也不过2 000只,是我国一级保护动物。在贵州省麻阳河保护区内植被保存较好的河谷和深山中,就生活着500多只黑叶猴。它们每年5月就开始偷吃当地老乡的庄稼,与老乡之间的矛盾愈演愈烈。“老乡的生计重要还是保护黑叶猴重要?”作者提出了这样一个棘手的问题。

 

说说北京的蚂蚱

作者:杨红珍    推荐:张晓军

“东亚飞蝗”“蹬倒山”“呱嗒扁儿”“土墩儿”……当这些熟悉的名字映入眼帘,你是否回忆起孩提时代的那些小小玩伴,或者联想到美味诱人的小吃?不过,说起北京田间地头常见的蚂蚱,相信也会有人傻傻分不清吧?下面就请跟随作者的思绪,让蚂蚱们对号入座吧!

 

奇妙的显微世界

作者:王琼    推荐:张晓军

这些照片是在电子显微镜下拍摄的。图片中的“主角”都是我们身边熟悉的物体或生物,通过高倍显微镜的放大,它们呈现出了截然不同的面貌,变得陌生而且奇特。  


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