“四深”微生物的地质作用——从气候环境变化到生态灾难

“四深”微生物是指深海、深地、深空和深时环境的微生物,特别是细菌、古菌、真菌、病毒等。人们对“四深”微生物的了解非常有限,是亟待突破的地球生物学前沿领域。“四深”微生物的研究对理解地球生命起源、界定生物圈的边界条件、促进地球科学与生命科学以及行星科学之间的交叉融合具有不可替代性的贡献。随着我国深海、深空、深地等重大工程计划的推进,一系列与“四深”微生物有关的前沿科学问题不断提出,包括地质微生物与气候环境的相互作用、地质微生物的生物安全与生态安全、地质微生物参与的隐匿地质过程等。特别是,“四深”环境活性氧自由基对微生物的影响、地质病毒对生物演化和地质过程的影响等前沿领域都亟待突破。活性氧自由基能对生物分子、细胞、组织和器官,乃至整个生物圈的演化以及微生物地质作用都产生重要影响。病毒引发了现代和近代诸多全球性疫情爆发,地质病毒则可能对生物的背景灭绝和大灭绝以及一些地质过程产生影响。     

浙江长兴中-晚更新世红土植硅体与分子化石记录及其环境意义

在野外地貌、岩性和相关沉积环境调查分析基础上,对浙江长兴中—晚更新世红土进行了分析,发现其中含有较丰富的植硅体形态类型,主要来自草本、阔叶和裸子植物等,植硅体含量分布具有一定的组合特征。在温暖指数和草本覆盖指数计算基础上,获得了中—晚更新世以来的3个古植被、古气候演化组合带;运用植硅体和分子化石的相关指标(C21-/C22 、C23/C30)揭示了洪积扇红土沉积时期的植被与气候信息,即间冰期气候暖湿,风化作用强,降水较多,高等草本植物繁盛;而冰期时气候干凉,风化作用弱,降水减少和地下水位降低等则有利于洪积扇体上木本类植被发育。     

湖北麻城金罗家遗址古文化层的正构烷烃分布及其古植被意义

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对湖北麻城金罗家遗址古文化层样品进行了系统分析,检测出丰富的类脂物分子,包括正构烷烃、一元正脂肪酸、一元正脂肪醇和α-正构脂肪酮等,主要讨论正构烷烃类脂物的分布特征。正构烷烃的分布在各文化层不同,其中,在生土层以C17为主峰;西周文化层F2和F4两样品以C17和C31为双主峰,F3样品以C17为主峰;东周文化层主要以C17和C31为双主峰,而F 7以C31为主峰,F9以C17为主峰;唐宋文化层以C17和C31为双主峰;明清文化层以C31为主峰,现代耕植土层以C29为主峰。而正构烷烃高碳数C27/C31比值的变化反映出遗址域中木本植物与草本植物的相对变化,正构烷烃高碳数ACL值反映遗址域中的草本植物与木本植物之间的转变,有机δ13C表现为C3和C4植物,它们在本剖面上表现出多阶段的变化。因此,正构烷烃在不同的人类古文化层具有不同的分布特征,除了反映当时的微生物活动、植物属种的相互取代或分子沉积后的改造作用外,还可能蕴藏着当时的气候变化和古人类活动的信息,有待进一步研究。     

浙江长兴更新世红土中的分子化石及其古环境意义

利用GC／MS从浙江长江更新世红土中检测出种类繁多但含量甚微的分子化石，主要包括正构烷烃、长链三环萜、五环三萜、一元正脂肪酸、正脂肪醇、正烷基－2－酮等系列。红土中的这些分子化石，特别是正构烷烃的特征表明本区的红土是在多水的环境下形成的，并且其上发育了以草本植物为主的高等植被。三环萜烷与三萜烷比值（C23／C30）随地层的变化与红土网纹化程度密切相关，可能具有潜在的古气候指示意义。     

二叠纪-三叠纪之交环境的不稳定性和生物危机的多阶段性: 浙江长兴微生物分子化石记录

从生态系统的底层——蓝细菌和绿硫细菌出发, 从分子化石角度分析浙江长兴煤山剖面的环境变化和生物危机的特点. 系列2-甲基藿烷(C₂₈-C₃₂)指数揭示了二叠纪-三叠纪之交蓝细菌的剧烈变化, 蓝细菌在动物灭绝期间和期后出现多次(至少两次)繁盛, 反映了生态系统和水体营养条件的不稳定性. 2-烷基-1,3,4-三甲基苯系列化合物(C₁₂-C₂₃)指标与姥鲛烷/植烷比值(Pr/Ph)共同揭示了沉积环境快速多变的氧化-还原条件. 这些分子化石参数记录了二叠纪-三叠纪之交处于一种极度不稳定的环境. 这种环境条件长期的极度不稳定状态与生物危机的多阶段性、生物复苏的长期性相吻合. 因此, 生物危机的多阶段性与生物复苏的长期性是统一的, 它们都是对环境条件不稳定性的响应.     

Molecular Evidence for Primary Producers and Paleo-environmental Conditions in Mesoproterozoic in the Xuanlong Depression in North China

The molecular organic compounds have been identified by gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (GC-MS) from Mesoproterozoic rocks in the Xuanlong depression in North China. The main saturated compounds are n-alkanes, monomethylalkanes, n-alkylcyclohexanes, acyclic isoprenoids, and hopanes. The dominant lower-molecular-weight n-alkanes are indicative of the main contribution of microorganisms, in particular, the chemosynthetic bacteria. The presence of abundant monomethylalkanes (mid- and end-branched) and the long chained (>C₂₀) acyclic isoprenoids indicates the existence of abundant bacteria and/or archaea in ancient oceans. The low abundance of pristane and phytane is suggestive of the relatively low abundance of photosynthetic autotrophs in comparison with chemosynthetic bacteria in the Mesoproterozoic oceans in North China. The sedimentary environmental condition is suboxic/anoxic, as indicated by the low value of the Pr/Ph ratio as well as the presence of abundant sulfur-bearing organic compounds, consistent with the other geochemical data in North China and elsewhere in the world. Both the composition of the primary producers and the sedimentary environmental conditions are favorable for the formation of hydrocarbon source rocks.     

湖北梁子湖近代沉积记录对人类活动的响应

为了研究人类活动背景下的湖泊生态响应过程和机制, 分析人类活动对湖泊富营养化的贡献, 在210Pb计年和历史事件记载基础上, 通过梁子湖沉积物水生生物遗存和色素分析重建了梁子湖地区过去100多年来湖泊生态系统演化过程.沉积物色素和水生生物遗存组合带的变化表明梁子湖营养演化具有5个阶段: 过去100多年梁子湖地区经历了生态环境良好的贫营养化期(1885-1902A.D.)、轻度富营养化期(1902-1964A.D.)、中度富营养化期(1964-1988A.D.)、富营养化期(1988-1998A.D.)、中度富营养化期(1998-2003A.D.).水生生物遗存随着湖泊富营养化的发生而呈现一定的分布特征, 对富营养化敏感的奥古茨藻、荇菜、角果藻、纹沼螺、表壳虫等逐步减少.通过湖泊演化阶段与区域人类活动重大阶段的联合对比研究发现随着人类活动的增强及对湖泊生态的持续干扰, 湖泊生态演化呈现明显的阶段性, 湖泊富营养化的发生与流域强烈的人类活动如围垦与农业活动带来的营养物质输入有着直接联系, 湖泊生态环境演化对重大人类活动事件具有响应性.本研究对于认识湖泊生态环境演化与人类活动的关系、整治湖泊环境具有重要的指导意义.      

The Pleistocene vermicular red earth in South China signaling the global climatic change: The molecular fossil record

The widespread (with a distribution area of 2.2?06 km2) Pleistocene red earth is believed to be one of the most detailed records of the environmental and climatic changes in South China. However, the previous research mainly covers the rough dating, pedo…     

示踪全球环境变化的微生物代用指标

文章详细总结了示踪全球环境变化的一系列微生物替代指标。重建古温度的定量指标包括藻类长链烯酮的U、古菌甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)的TEX_(86)指标、细菌GDGTs的甲基化指数(MBT)与环化指数(CBT)的组合。古温度的定性指标有脂类单体的氢同位素组成、不饱和脂肪酸的相对含量、有孔虫和硅藻的组合及其生物体的同位素组成和微量元素比值。重建古水文的指标包括有壳变形虫组合、细菌GDGTs的环化指数CBT、细菌和古菌GDGTs的陆源输入指数BIT、古菌和细菌GDGTs的相对丰度R、直链脂肪族化合物的碳优势指数CPI、好氧与厌氧微生物的丰度。古大气CO_2分压的估算可采用藻类长链烯酮的碳同位素组成、有孔虫的硼同位素组成。认为这些微生物指标在古环境重建中潜力巨大,并对一些重要微生物指标的应用原理和限定条件进行了分析。有些指标因受多种环境因子和成岩作用的影响,在应用中需特别的注意,不能无限夸大其应用领域。