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熱帶珊瑚島生態系統相對獨立且封閉，生境條件嚴酷，常受高溫、強光、高鹽、季節性干旱等氣候因素影響，加之生物種類較為單一，系統結構簡單，自我調節能力弱，穩定性較差。人工植被構建往往難以持久維持，易發生退化，植被恢復與生態功能提升面臨嚴峻挑戰。因此，如何有效保障該類生態系統的穩定與健康，促進具有自維持能力的近自然植物群落的構建與恢復，已成為推進我國海洋生態文明建設、維護海島生態安全中亟待突破的關鍵科學和技術問題。中國科學院華南植物園恢復生態學團隊基于我國熱帶珊瑚島的植被長期觀測樣地，選取了草坪、防風固沙林、防護林、公共綠地和行道樹五種典型人工植被，并以原生植被作為生態恢復的參照，綜合利用高通量測序、磷脂脂肪酸圖譜及共現網絡模型等技術，系統追蹤了植被恢復早期土壤微生物群落與土壤理化性質的動態變化。圖1. 熱帶珊瑚島不同類型人工植被土壤微生物生物量、土壤理化性質（平均值 ± 標準誤）、養分限制情況和微生物群落結構（PCoA）與原生植被較。NF：原始林；GL：草坪；WBSF：防風固沙林；SB：防風林；PGS：公共綠地；RT：行道樹。不同小寫字母代表不同植被類型間差異顯著。研究顯示，盡管人工植被的構建顯著改善了土壤環境與養分條件，但在恢復早期（<2年），其土壤肥力、微生物生物量、酶活性及生物多樣性等關鍵指標仍明顯落后于原生植被。不同人工植被類型的恢復效率存在明顯差異：草地和行道樹區域因實施灌溉、施肥等精細化管理，生態恢復速度顯著優于防風固沙林和防護林等類型。圖2. 熱帶珊瑚島不同類型人工植被土壤微生物共現網絡與原始林的比較。NF：原始林；GL：草坪；WBSF：防風固沙林；SB：防風林；PGS：公共綠地；RT：行道樹。該研究的一個重要突破，在于首次揭示了土壤微生物在熱帶珊瑚島生態恢復過程中存在“分工協作”的規律：恢復初期，土壤真菌作為“先鋒部隊”，憑借其耐旱、耐鹽特性高效分解難降解有機質，為植物定植創造條件，并在穩定微生物網絡結構中發揮核心作用；隨著恢復進程的推進，土壤細菌生物量逐漸增加，成為共現網絡中的“模塊樞紐”，通過促進碳、氮、磷等元素循環，承擔起維持生態系統長期功能與穩定性的“主力軍”角色。此外，研究還發現，無論是人工植被還是原生植被，土壤微生物均受到碳、磷養分的協同限制，表明養分供給不足是制約微生物活性及生態恢復效率的關鍵瓶頸。圖3. 熱帶珊瑚島人工植被向原生植被恢復過程中土壤微生物、土壤理化性質、養分限制情況及微生物網絡關鍵物種動態變化概念圖。基于研究結果，研究團隊提出針對性優化策略：植被構建初期可接種耐鹽真菌菌劑，加速難分解碳的轉化，“搶抓”恢復時間；恢復后期，可采取“少量多次”方式補充易分解碳源，促進細菌功能群落的建立；同時應結合熱帶珊瑚島土壤高鈣低磷的特點，配施低劑量磷肥，精準緩解“碳磷雙限制”，全面提升恢復效率。建議未來開展更長周期的監測，評估不同恢復模式的可持續性，不斷完善熱帶珊瑚島生態恢復技術體系，為我國海島生態安全及全球脆弱生態系統的恢復實踐提供科學依據。相關研究成果近期發表在Soil Ecology Letters（《土壤生態學快報》）上，華南植物園恢復生態學團隊吳文佳助理研究員為論文第一作者，劉占鋒研究員為通訊作者，研究得到了國家重點研發計劃、國家自然基金和廣東省自然基金等項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s42832-025-0370-7

2025-10-28

亞熱帶生態所?|?三峽大壩運行后入湖口和出水口水文條件對洞庭湖濕地植被格局影響取得新進展

在全球氣候變化與人類活動影響的背景下，河湖生態系統的水文節律與洪泛濕地植被格局正經歷深刻變化，引發了湖泊水資源減少、河湖連通性減弱、濕地植被退化等問題。通江湖泊主要通過入水口與出水口調節河湖間的水量交換，對維系區域生態平衡具有關鍵作用。在全球氣候變化與人類活動影響的背景下，河湖生態系統的水文節律與洪泛濕地植被格局正經歷深刻變化，引發了湖泊水資源減少、河湖連通性減弱、濕地植被退化等問題。通江湖泊主要通過入水口與出水口調節河湖間的水量交換，對維系區域生態平衡具有關鍵作用。三峽大壩作為世界上最大的水利工程，自2003年蓄水以來，顯著改變了長江中下游的水文環境，尤其對下游通江湖泊洞庭湖的水文情勢和植被格局產生了巨大影響。盡管之前有研究關注水文變化與植被響應，但大壩運行如何通過改變湖泊入水口與出水口的水文條件，進而驅動植被格局演變的機制尚不明確。針對這一科學問題，中國科學院亞熱帶農業生態研究所謝永宏研究員團隊基于長期水文觀測數據、遙感影像解譯和MIKE 21水動力模型模擬，對比分析了三峽大壩運行前后洞庭湖淹水格局與植被格局的時空演變特征，并通過設置多種水文情景，首次量化了湖泊入水口與出水口水文條件對植被變化的貢獻。結果表明：（1）三峽大壩運行后，三口年均徑流和城陵磯年均水位均顯著下降，且兩者的年內變化特征在大壩運行前后存在差異，其中7-12月較大壩運行前減少，而1-3月增加；（2）洞庭湖平均淹水時間減少9天，平均淹水深度降低0.25米，其中東洞庭湖變化最為顯著；（3）植被面積擴大并向湖心移動，其中蘆葦面積增加且分布高程明顯下移，擠占苔草空間；（4）苔草和蘆葦適宜的淹水時間分別為132–240天和110–186天，表明蘆葦在水位減少條件下競爭優勢更強；（5）城陵磯出水口水位下降是洞庭湖植被演替的主要驅動因素，對比三口四水，城陵磯水文條件對苔草和蘆葦最適宜生長面積的貢獻分別為79.26 %和66.62 %。上述結果以Dominant Hydrological Drivers of Vegetation Pattern Changes in a River-Connected Lake after Dam Construction: Outlet or Inlet?為題近期發表在Ecological Indicators上，研究得到湖南省-基金委區域創新聯合基金重點項目、湖南省創新生態建設計劃科技合作項目和湖南省科技創新平臺計劃項目等資助。論文鏈接

2025-10-27

亞熱帶生態所?|?喀斯特富鈣基巖生境重塑森林物種多樣性緯度格局取得進展

中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站陳洪松研究員團隊在喀斯特富鈣鎂基巖–土壤環境重塑森林物種多樣性緯度格局的機制方面取得新進展。相關成果以Contrasting Latitudinal Diversity Gradients in Karst and Non-Karst Forests: Evidence for Bedrock-Driven Modulationx為題，發表于國際生態學經典期刊Diversity and Distributions。聶云鵬、陳洪松研究員為通訊作者，博士生黃麗為第一作者。中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站陳洪松研究員團隊在喀斯特富鈣鎂基巖–土壤環境重塑森林物種多樣性緯度格局的機制方面取得新進展。相關成果以Contrasting Latitudinal Diversity Gradients in Karst and Non-Karst Forests: Evidence for Bedrock-Driven Modulationx為題，發表于國際生態學經典期刊Diversity and Distributions。聶云鵬、陳洪松研究員為通訊作者，博士生黃麗為第一作者。物種多樣性沿緯度梯度遞減（Latitudinal Diversity Gradient ，LDG）是生態學和生物地理學中最為經典的規律之一。傳統觀點認為，低緯度地區溫暖濕潤的氣候條件能支撐更高的物種多樣性，而高緯度地區氣候限制導致多樣性降低。然而，近年來研究表明，氣候并非唯一決定因素，基巖通過影響土壤形成與養分供給深刻塑造植物群落結構及其生長狀況。喀斯特地區由富含鈣、鎂的碳酸鹽巖組成，巖石易溶、土壤淺薄，水分與養分匱乏，與鄰近的非喀斯特地區形成鮮明對比。這類由基巖驅動的土壤環境是否以及如何改變森林群落物種多樣性及其緯度格局，仍是未解的重要科學問題。針對這一科學問題，研究團隊在中國西南跨越約10°緯度的亞熱帶森林樣帶上，設置了60個喀斯特與非喀斯特平行樣地，記錄了654種木本植物共17740個個體，系統解析了氣候和基巖-土壤環境對森林多樣性的協同影響機制。結果顯示，（1）喀斯特與非喀斯特森林的基巖–土壤環境存在顯著差異：喀斯特森林的基巖SiO?含量和土壤厚度顯著較低，而土壤中鈣、鎂等元素含量更高。沿緯度梯度變化時，這種富鈣貧硅的基巖-土壤環境使喀斯特森林的物種多樣性呈現出與傳統模式相反的變化趨勢，即越往高緯度，物種越多、群落越復雜；（2）結構方程模型分析進一步揭示，氣候對物種多樣性的正向作用被喀斯特高鈣鎂、淺土層環境的負向作用所抵消甚至逆轉，導致物種多樣性“逆緯度梯度格局”的出現；（3）喀斯特森林的物種與系統發育多樣性和基巖SiO?含量、土壤厚度及鈣鎂含量緊密耦合，說明地質環境通過影響土壤化學組成和水分養分供給，深刻塑造了森林群落的多樣性格局。該研究從地質-土壤-植物耦合視角系統解釋了地質多樣性如何改變傳統的生物多樣性分布規律，為理解巖性差異在全球生態格局形成中的作用提供了新證據。研究成果提示，在未來的生物多樣性保護和生態恢復規劃中，應將地質多樣性納入生態管理框架，以更科學地維護生態系統的穩定與功能。論文鏈接樣帶位置示意圖與喀斯特和非喀斯特森林群落物種多樣性的緯度格局?氣候因子和基巖-土壤環境對物種多樣性的影響機制

2025-10-27

廣州能源所聯合北京工業大學等單位在Nature發表論文

近日，廣州能源所袁浩然研究員團隊聯合北京工業大學吳玉鋒教授團隊、井岡山大學羅旭彪教授、北京師范大學黃國和教授等多家科企單位在頂級學術期刊Nature上發表重要研究成果。該研究針對鋰電池行業面臨資源稀缺性、技術快速變革等獨特挑戰，開發了鋰循環可計算一般均衡（LCCGE）模型，首次實現了自下而上的生命周期分析與自上而下的經濟建模方法的彌合，為全球鋰離子電池供應鏈中的“價值-排放悖論”提供了量化依據。近日，廣州能源所袁浩然研究員團隊聯合北京工業大學吳玉鋒教授團隊、井岡山大學羅旭彪教授、北京師范大學黃國和教授等多家科企單位在頂級學術期刊Nature上發表重要研究成果。該研究針對鋰電池行業面臨資源稀缺性、技術快速變革等獨特挑戰，開發了鋰循環可計算一般均衡（LCCGE）模型，首次實現了自下而上的生命周期分析與自上而下的經濟建模方法的彌合，為全球鋰離子電池供應鏈中的“價值-排放悖論”提供了量化依據。鋰離子電池作為能源轉型和交通電氣化的核心技術，電池制造以及循環利用對實現凈零排放目標至關重要。然而，鋰離子電池供應涉及多個國家，從澳大利亞和智利礦物開采到中國、韓國和歐盟金屬精煉最終到全球市場電池組裝，在全球形成了復雜的經濟和法規網絡，極大限制了關鍵金屬礦物的采購。迫在眉睫的礦產短缺中，先進的回收退役鋰離子電池技術極大地提高了工業效率并減少供應鏈的碳足跡，而設計電極材料生產和新興回收行業之間關鍵的系統性碳減排動態路徑聯系經常丟失。現有研究多聚焦于特定的回收階段或部分經濟系統，缺乏對政策調整、貿易動態和技術創新之間復雜的系統性分析，亟需一種能夠捕獲鋰離子電池回收過程級細節與宏觀經濟模型動態聯系的綜合性戰略框架，以制定全面且可持續的電池供應鏈深度脫碳策略。鑒于此，該研究開發的LCCGE模型首次將生命周期評價的微觀技術細節與可計算一般均衡模型的宏觀經濟動態相結合，從而能夠精準模擬不同政策、技術及貿易策略對全球供應鏈經濟效益與環境足跡的連鎖效應。“價值-排放悖論”表明附加值較低的采礦環節，以18.78%的經濟價值貢獻，產生了38.52%的碳排放；附加值較高的正極材料生產環節，以34.82%的排放，創造了42.56%的經濟價值。這一結構性失衡表明，產業鏈脫碳的關鍵在于制造環節的重點治理，并迫切需要發掘循環經濟的減排潛力。通過對上千種復雜情景的系統性模擬研究，證實了單一的減排政策的效果相對有限且易引發“負擔轉移”等負面效應；并提出了一種實現產業深度脫碳的最優路徑，即“全球協同+區域定制”的綜合性戰略框架。該框架建議各國在技術、貿易和環境政策上展開跨區域合作，同時根據自身在供應鏈中的角色量身定制各自的循環經濟策略。研究提出的最優策略框架，為有效應對上述挑戰提供了協同治理機制。在該策略下，預計到2060年全球鋰電池供應鏈的平均排放強度可降低35.87%，其中中國的減排潛力可達42.35%，美國、歐盟的減排潛力也分別可達39.14%、37.28%。近年來，袁浩然研究員團隊在新能源器件循環利用能力提升方面取得系列突破，此次成果標志著中國科學院廣州能源研究所在新能源產業可持續發展研究領域邁入國際前沿，為全球退役鋰離子電池供應鏈深度脫碳提供了科學藍圖。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09617-4全球鋰電池供應鏈2018年—2022年累積經濟產出與溫室氣體排放全球鋰電池供應鏈未來經濟產出與溫室氣體排放趨勢預測不同循環利用情景下的區域和部門排放變化四種區域合作方案下的排放強度變化循環經濟策略的系統性分析

2025-10-24

湖南省重大科技攻關“揭榜掛帥”制項目“洞庭湖總磷污染防治關鍵技術研究與示范”年度總結會召開

10月20日，湖南省重大科技攻關揭榜掛帥制項目洞庭湖總磷污染防治關鍵技術研究與示范年度總結會議在中國科學院亞熱帶農業生態研究所召開。10月20日，湖南省重大科技攻關“揭榜掛帥”制項目“洞庭湖總磷污染防治關鍵技術研究與示范”年度總結會議在中國科學院亞熱帶農業生態研究所召開。特邀嘉賓中國工程院院士印遇龍，技術專家組成員湖南農業大學陳光輝教授、北京大學周豐教授、中國科學院生態環境研究中心白志輝研究員、湖南省生態環境廳羅岳平研究員，項目牽頭單位有關領導，課題負責人及項目參與單位代表等共30余人參加會議。會議由項目負責人謝永宏研究員主持。會上，謝永宏介紹了項目總體進展情況，各課題負責人逐一匯報了2025年度課題進展情況，技術專家組圍繞匯報內容進行了質詢和點評，并提出了針對性的改進建議。印遇龍指出，各課題應在后續工作中進一步優化研究方案的系統性設計，形成集成示范效應。例如將污染治理與水產養殖有機結合，構建“治理中生產，生產中治理”的一體化方案。謝永宏在總結中強調項目組要樹立攻堅克難的信念，勇于探索創新路徑，積極整合新技術與新方法，持續推動項目突破。該項目的實施，對洞庭湖水環境生態保護、湖區農業面源污染防控及綠色農業轉型發展等具有重要現實意義。會議現場

2025-10-22

南海海洋所?|?研究揭示印度洋偶極子能夠增強熱帶大西洋海洋熱浪

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室熱帶海氣相互作用與極端氣候變化研究團隊在熱帶大西洋海洋熱浪形成機制及其預測方面取得新進展。相關研究成果以“Positive Indian Ocean Dipole Intensifies Marine Heatwaves in the Tropical Southeast Atlantic Coastal Region”為題，發表在Science Advances期刊上。論文第一作者是南海海洋所博士研究生劉衡，研究員張磊為通訊作者。合作者還包括美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）研究員Michael McPhaden、科羅拉多大學教授Weiqing Han和河海大學碩士生李海禹。熱帶東南大西洋（TSEA）沿岸區域有著高生產力和豐富的漁業資源。然而，海洋極端高溫事件，即海洋熱浪，能夠對近岸的海洋生態系統造成嚴重破壞，進而影響沿海居民生產生活與區域社會經濟。因此，準確預測TSEA沿岸海洋熱浪的發生，有助于提高極端事件的預警能力，從而降低風險與損失。然而，該區域海洋熱浪的形成機制仍缺乏系統性的認識，對熱浪的預測能力仍有待提升。印度洋偶極子（IOD）是熱帶印度洋的主要氣候變率模態之一，其盛期發生在北半球秋季（南半球春季）。前人研究發現IOD達到峰值之后，可以通過大氣遙相關過程調控熱帶大西洋海氣耦合系統，造成熱帶大西洋海表溫度升高，為海洋熱浪的發生提供了有利條件。通過分析觀測數據，團隊發現正IOD事件能夠造成南半球夏季TSEA沿岸海洋熱浪發生概率提升至其他年份的6倍以上。正IOD事件通過兩條路徑影響TSEA沿岸海溫并引發海洋熱浪（圖1）：一方面，正IOD引起赤道大西洋西風異常，激發海洋下沉開爾文波，波動傳播至TSEA沿岸區域，并引起局地溫躍層加深、海溫升高，促進了海洋熱浪的發生；另一方面，正IOD還可以引起非洲中部降水增多，從而增強剛果河入海的淡水徑流，引起近岸海洋層結增強以及混合層變淺，進一步助推海溫升高以及海洋熱浪的發生。利用氣候模式開展的印度洋起搏器試驗結果也證實了IOD對TSEA沿岸區域海洋熱浪的顯著調控作用。研究團隊基于上述過程建立了TSEA區域海洋熱浪的經驗預測模型，利用南半球春季IOD指數對夏季的海洋熱浪進行預測。模型展現出較好的預測能力，提前3個月預測的月均海洋熱浪天數與觀測結果相關性達0.63。這一結果也表明IOD是調控TSEA海洋熱浪的主要因子。該研究闡明了印度洋對熱帶東南大西洋沿岸海洋熱浪的影響機制，深化了對于跨洋盆相互作用的認識，為該區域的海洋極端事件預警、提升氣候預測與風險防范能力提供了理論依據。該研究獲得國家自然科學基金創新研究團隊項目、廣東省基礎與應用基礎研究卓越青年團隊項目等的聯合資助。論文信息：Liu,H.,L. Zhang,M. J. McPhaden,W. Han,and H. Li,2025: Positive Indian Ocean Dipole intensifies marine heatwaves in the tropical southeast Atlantic coastal region. Sci. Adv.,11,eadx8525,https://doi.org/10.1126/sciadv.adx8525.原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx8525圖1? 正的印度洋偶極子事件對熱帶東南大西洋沿岸海洋熱浪遠程影響示意圖。海洋路徑：正IOD事件引起的赤道大西洋西風異常激發海洋開爾文波，使TSEA沿岸海域的溫躍層加深，海溫升高，海洋熱浪活動增強；陸地路徑：正IOD事件發生使非洲中部降水增加，增強剛果河流量，從而導致TSEA沿海區域混合層變淺，有利于海溫升高和海洋熱浪發生。

2025-10-21

亞熱帶所?|?喀斯特富鈣基巖風化提升土壤多功能機制取得進展

中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在喀斯特富鈣基巖提升土壤多功能性的機制方面取得進展，相關研究成果近期以Calcium-rich parent materials enhance multiple soil functions and bacterial network complexity為題發表在Communications Earth & Environment，張偉、王克林研究員為論文通訊作者，胡培雷副研究員為第一作者。中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在喀斯特富鈣基巖提升土壤多功能性的機制方面取得進展，相關研究成果近期以Calcium-rich parent materials enhance multiple soil functions and bacterial network complexity為題發表在Communications Earth & Environment，張偉、王克林研究員為論文通訊作者，胡培雷副研究員為第一作者。基巖作為關鍵帶的下邊界，深刻塑造著土壤性質與功能。一方面，基巖類型和風化通過礦物釋放和養分供給影響土壤結構和養分來源；另一方面，基巖化學組成通過調節土壤理化環境，進而塑造微生物群落結構和功能，影響土壤固碳和養分固持等關鍵土壤功能。富鈣基巖（或成土母質）在全球廣泛分布，涵蓋碳酸鹽巖、硅酸鹽巖（如富鈣變質巖）等，具有多樣的風化特征。其中，碳酸鹽巖風化速率顯著高于其它富鈣基巖，可能在較短時間尺度上對土壤功能產生更強的調控作用。盡管已有研究揭示了喀斯特碳酸鹽巖對特定土壤功能（如碳固定）的影響，但尚缺乏將基巖-微生物-土壤功能耦合的機制框架。本研究結合野外調查和室內微宇宙培養實驗，系統探討了富鈣碳酸鹽巖對土壤功能的影響及其微生物機制。野外調查以西南典型水熱梯度樣帶為研究區，對比喀斯特（富鈣碳酸鹽巖）與非喀斯特（貧鈣碎屑巖）土壤功能與微生物網絡復雜性，揭示巖石鈣含量與土壤功能之間的關聯。為進一步驗證碳酸鹽巖對高鈣土壤功能的持續效應，設計了在富鈣土壤中添加碳酸鹽巖粉末的微宇宙培養實驗，檢驗碳酸鹽巖風化是否仍能提升土壤功能潛力。結果表明：（1）喀斯特土壤有機碳、全氮和全磷含量分別比非喀斯特土壤高33%、58%和55%，但活性有機碳及與碳相關的水解酶活性較低，土壤持水能力差異不顯著；（2）喀斯特土壤細菌網絡復雜性顯著高于非喀斯特土壤，且與多種土壤功能呈顯著正相關；（3）碳酸鹽巖發育的石灰土，其鈣含量水平與基巖鈣含量具有繼承性特征，是促進土壤碳、氮、磷積累及微生物網絡復雜性增強的主要驅動因子；（4）微宇宙培養實驗證實，即使在高鈣土壤中，添加碳酸鹽巖粉末仍能在短期內促進土壤碳氮循環過程，并增強細菌網絡復雜性。富鈣碳酸鹽巖提升土壤功能的作用機制主要體現在兩個方面：一方面，巖石風化釋放的鈣不僅直接促進碳和養分在土壤中的積累，還通過增強細菌群落互作與代謝效率，提升土壤功能；另一方面，碳酸鹽巖中伴有氮（來源于沉積巖特性）和磷灰石等礦物，較高的鈣含量意味著更快的風化溶解速率，可同步釋放更多氮、磷等養分，提升土壤功能。研究團隊前期發表于Environmental Science & Technology (2024) 以及Soil Biology and Biochemistry (2023 ，2022) 的研究，揭示了喀斯特土壤通過強化微生物與礦物互作過程促進土壤有機碳積累。本研究進一步將基巖化學性質與微生物群落結構及土壤功能相結合，闡明了三者之間的內在關聯，證實富鈣碳酸鹽巖在提升土壤多功能性與維持養分循環方面展現出顯著的“超限效應”，有助于為喀斯特生態功能提升提供以巖石風化為核心的理論支撐。論文鏈接實驗設計富鈣碳酸鹽巖風化提升土壤功能機制

2025-10-10

深圳先進院?| 揭示肺癌腦轉移的驅動基因和克隆演化規律（Cell Reports）

轉移是導致90%以上癌癥病人治療失敗和死亡的原因。其中非小細胞肺癌（NSCLC）患者中約1/3會發生腦轉移。與其他轉移部位不同，腦轉移需跨越血腦屏障，既影響腫瘤細胞的適應性，也限制治療方案的選擇。既往關于轉移的基因組學研究，主要基于非配對原發和轉移的腫瘤突變圖譜比較。然而，這種研究策略難以鑒定原發灶中驅動轉移的突變基因，同時難以解析轉移的演化規律和適應性。因此，系統分析和比較同一病人的原發灶和多器官轉移灶的基因組學，闡明轉移器官趨向性的基因組學特征與演化規律，具有重要意義。轉移是導致90%以上癌癥病人治療失敗和死亡的原因。其中非小細胞肺癌（NSCLC）患者中約1/3會發生腦轉移。與其他轉移部位不同，腦轉移需跨越血腦屏障，既影響腫瘤細胞的適應性，也限制治療方案的選擇。既往關于轉移的基因組學研究，主要基于非配對原發和轉移的腫瘤突變圖譜比較。然而，這種研究策略難以鑒定原發灶中驅動轉移的突變基因，同時難以解析轉移的演化規律和適應性。因此，系統分析和比較同一病人的原發灶和多器官轉移灶的基因組學，闡明轉移器官趨向性的基因組學特征與演化規律，具有重要意義。近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所胡政、廣東省人民醫院/廣東省肺癌研究所鐘文昭和中山大學腫瘤防治中心牟永告團隊在Cell Reports在線發表題為“Deciphering genomic evolution of metastatic organotropism with 535 paired primary lung cancers and metastases”的研究論文。報道了對223例非小細胞肺癌基因組測序數據（共885個原發/轉移配對腫瘤樣品）的分析結果，揭示了不同轉移部位的克隆起源、轉移趨向性決定基因以及轉移灶中觀察到由雜合性丟失驅動的“早期驅動突變丟失”現象。首先，研究者通過整合團隊自主數據和公共數據，構建了大規模的配對原發-轉移全外顯子組數據隊列（圖1），涵蓋223個配對原發腫瘤、94個腦轉移（BM）、39個遠處顱外轉移（ExM）和179個淋巴結轉移（LNM）。結果顯示，原發與配對轉移灶的腫瘤驅動突變總體高度一致，但有趣的是，與未轉移的早期原發腫瘤相比，肺癌腦轉移配對的原發腫瘤中富集PTPRD、FAT1等突變基因（圖2A），且在原發階段即呈更高的突變克隆性(圖2B-D)，提示這些驅動基因可能在轉移啟動前已賦予器官轉移趨向性。然后，研究者通過團隊之前開發的轉移克隆性計算框架，比較原發/轉移灶中攜帶突變的腫瘤細胞比例（cancer cell fraction或CCF），解析了轉移的克隆起源模式，即單克隆起源（monoclonal seeding）或多克隆起源（polyclonal seeding）（圖3A）。單克隆起源指轉移由原發灶中的單個細胞發起（“單兵作戰”），而多克隆起源指轉移由多個細胞發起（“團隊協作”）。研究者發現多克隆起源在腦轉移中相比于其他轉移中相對較為普遍（圖3B左），且藥物治療并不影響這一結果（圖3B右）。該結果表明腦部的獨特結構（例如血腦屏障）導致原發灶腫瘤細胞在轉移過程中面臨高強度的選擇壓力，造成了顯著的瓶頸效應。最后，在多例配對進化樹中，研究者鑒定到轉移灶通過特異性LOH而丟失原發階段即存在的早期驅動突變，提示轉移微環境可能對部分“原發適應性驅動”施加負選擇，導致早期在原發部位獲得的驅動突變在轉移灶丟失（圖4）。總之，該研究通過系統地分析不同轉移部位、大規模原發-轉移配對測序數據，揭示器官轉移趨向性驅動基因突變在原發階段即已存在，跨越血腦屏障的強瓶頸效應使腦轉移傾向于以單克隆轉移，而轉移后又可能通過LOH“丟失”原發腫瘤獲得的早期驅動突變。這些發現為肺癌腦轉移風險預測和早期靶向干預提供了指導。中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所胡政研究員、廣東省人民醫院/廣東省肺癌研究所所長鐘文昭教授和中山大學腫瘤防治中心神經外科牟永告教授為本文共同通訊作者。中國科學院深圳先進技術研究院-澳門大學聯合培養博士研究生解鐸；中山市人民醫院心胸外科主治醫師、廣東省肺癌研究所博士研究生唐文芳；同濟大學附屬上海市肺科醫院蔣濤教授；中山大學腫瘤防治中心神經外科副主任醫師段昊博士為論文的共同第一作者。該項研究成果獲得國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳合成生物學創新研究院等項目的資助。文章上線截圖原文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)01220-3圖1. 223例轉移性非小細胞肺癌的原發-轉移配對基因組數據集圖2.?（A）發生腦轉移的原發灶vs早期肺癌的驅動突變基因比較;(B-C)驅動突變基因在不同原發灶（B）和轉移灶（C）的相對豐度；（D）驅動突變基因的克隆性圖3.?非小細胞肺癌不同轉移灶的定植克隆性圖4.?雜合性丟失引起的的早期驅動突變丟失

2025-10-21

廣州地化所伍耀文、田輝、樊海峰等—NC：地球深淺聯動新機制——大陸弧火山作用驅動的風化演變促進寒武紀生命大爆發

?大約5.4億至5.15億年前的寒武紀初期，地球生命發生了前所未有的快速演化，被稱為“寒武紀生命大爆發”。為何復雜的多門類動物會在這一時期“突然”出現？學界普遍認為，營養元素（如磷）的供應和大氣氧氣水平的上升是兩個關鍵的環境條件。然而，什么樣的全球性構造事件觸發了這些環境劇變一直是一個懸而未決的科學問題。雖然前人提出岡瓦納大陸聚合造山作用驅動的風化營養鹽輸入和海水化學變化是寒武紀生命大爆發的重要機制，但主要的陸陸碰撞造山期（600Ma之前）要遠早于寒武紀生命大爆發的時間。值得注意的是，岡瓦納大陸邊緣活躍的俯沖作用和大陸弧火山會促使高效的深部二氧化碳脫氣和地幔物質抬升暴露，進而產生更強的風化-營養鹽-海洋化學之間的反饋機制。鑒于該過程與寒武紀大爆發時間重疊，其極有可能是寒武紀生命大爆發的重要驅動力，但目前仍缺乏關鍵的地球化學證據來建立二者之間的因果聯系。?鑒于此，在廣州地化所彭平安院士指導下，由廣州地化所田輝研究員和地化所樊海峰研究員共同主導，合肥工業大學、德國邁因茨大學、美國邁阿密大學、荷蘭烏得勒支大學等國內外多家研究機構參與的聯合研究團隊，提出了地球深淺聯動驅動的寒武紀生命大爆發新模式。?研究團隊選取了華南揚子區塊兩個鉆井（ZK4803和ZK4411）中保存完好的碳酸鹽巖和黑色頁巖/硅質巖樣品，綜合新獲取的鋰（Li）和鋨（Os）同位素和已發表的鍶（Sr）同位素數據，發現在5.4億至5.25億年前海水的上述地球化學指標出現了同步的顯著?“負漂移”?，即Os和Sr同位素比值變輕，同時Li同位素（δ?Li）值急劇降低（圖1）。Os-Sr同位素的負漂移指示了大量來自地幔的年輕非放射成因物質被風化并輸入海洋。Li同位素的負漂移則指示當時正處于強烈的一致性風化階段，巖石被快速溶解，侵蝕率極高。據此，研究團隊推斷在這一時期發生了大陸弧火山驅動的氣候變暖和新鮮火山巖石的快速侵蝕作用。?基于上述新發現并綜合前人成果，研究團隊創新性提出了“構造-風化-生命”三階段演化模型，清晰地勾勒出了該時期從構造活動到生命爆發的關聯演化過程（圖2）：（1）早期地殼增厚階段（約550–540 Ma）：俯沖作用導致大陸地殼增厚和氣候變暖，啟動了強烈的風化作用。（2）關鍵營養（磷）輸入和增氧階段（約540–525 Ma）：大陸弧火山活動進入高峰，富含磷等營養元素的新鮮火山巖被快速侵蝕，向海洋輸送了前所未有的磷，極大促進了海洋生產力，隨之而來的有機碳埋藏則導致大氣氧含量上升。（3）氧氣鞏固與生命輻射階段（約525–515 Ma）：風化模式轉變為以形成粘土為主的不一致風化。粘土礦物促進有機質高效埋藏，進一步增進了大氣氧積累，最終滿足了大型、具骨骼動物演化的氧氣需求，直接催生了寒武紀生命大爆發。這項研究不僅解答了“什么構造過程驅動了寒武紀環境變革”這一長期懸而未決的問題，也進一步證明了地球深部活動（俯沖與弧火山作用）、地表風化過程、海水地球化學與生命演化的緊密聯系，為學界深入理解地球系統各圈層如何協同打造地球宜居性這一地球科學前沿研究提供了新的案例。目前，該研究已在線發表在國際知名期刊Nature?Communications，論文第一作者為廣州地化所伍耀文博士，廣州地化所田輝研究員和地化所樊海峰研究員為論文通訊作者，廣州地化所李杰正高級工程師指導了Re-Os同位素測試。該研究受國家自然科學基金和重點研發計劃聯合資助。論文信息：Yaowen Wu,?Hui Tian*,?Haifeng Fan*, Philip A. E. Pogge von Strandmann, Wei Zhao, Jie Li, He Sun, Haiou Gu, Chaojin Lu, Xianyi Liu, Tengfei Li, Sui Ji & Ping’an Peng, 2025. Enhanced erosion by continental arc volcanism as a driver of the Cambrian Explosion.?Nature Communications 16,?9204.?DOI: 10.1038/s41467-025-64253-w.圖1?約560–510 Ma期間的構造運動、磷塊巖分布、同位素地球化學記錄（δ13Ccarb-Os-Sr-Li）與生物多樣性模式關系圖。a：本研究及前人報道的Os同位素記錄(Xu et al., 2011; Fu et al., 2016)；b：匯總的Sr同位素記錄(Derry et al., 1994; Brasier et al., 1996; Kaufman et al., 1996; Kaufman et al., 2007)；c：大陸弧長度、俯沖帶長度(Mills et al, 2017)、LIPs (Ernst et al., 2021) 以及弧巖漿活動記錄(Zhu et al., 2012; Brown et al., 2020; Oriolo et al., 2021)；d：鉆孔ZK4803碳酸鹽巖樣品的Li同位素記錄。紫色線顯示使用局部加權散點平滑法得到的最佳估計曲線，其95%置信區間以灰色區域表示；e:?全球尺度磷塊巖礦床估算的P2O5噸位(Cook and Shergold,1984) 以及海水Ca2+濃度演化(Horita e al., 2002;?Brennan et al., 2004)；f?：全球范圍內的門和綱級生物數量(Erwin et al., 2011)；g：碳酸鹽δ13Ccarb記錄(Zhu et al., 2006)。圖2?俯沖和弧火山驅動的風化和海水化學演化三階段模型圖。a：約550–540 Ma：俯沖驅動的加厚地殼發生一致風化；b：約540–525 Ma：與巖漿弧相關的新鮮巖石侵蝕作用增強，促進了生物必需營養元素（如磷、鈣）向全球海洋的快速輸送；c：約525–515 Ma：轉變為大陸地殼的不一致風化，伴隨次生粘土形成，以及由此產生的粘土-有機碳高效埋藏和氧氣積累。??主要參考文獻：Brennan, S. T., Lowenstein, T. K. & Horita, J. Seawater chemistry and the advent of biocalcification. Geology 32, 473 (2004).Brasier, M. D., Shields, G., Kuleshov, V. N. & Zhegallo, E. A. Integrated chemo- and biostratigraphic calibration of early animal evolution: Neoproterozoic–early Cambrian of southwest Mongolia.Geol. Mag. 133, 445–485 (1996).Brown, D. A., Hand, M., Morrissey, L. J. & Goodge, J. W. Cambrian eclogite-facies metamorphism in the central Transantarctic Mountains, East Antarctica: Extending the record of early Palaeozoic highpressure metamorphism along the eastern Gondwanan margin. Lithos 366, 105571 (2020).Cook, P. J. & Shergold, J. H. Phosphorus, phosphorites and skeletal evolution at the Precambrian-Cambrian boundary. Nature 308, 231–236 (1984).Derry, L. A. et al. Sr and C isotopes in Lower Cambrian carbonates from the Siberian craton: A paleoenvironmental record during the‘Cambrian explosion’. Earth Planet. Sci. Lett. 128, 671–681 (1994).Ernst, R. E. et al. Large igneous province record through time and implications for secular environmental changes and geological time-scale boundaries. In: Large Igneous Provinces: A Driver of Global Environmental and Biotic Changes 1–26 (2021).Erwin, D. H. et al. The Cambrian conundrum: early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science 334, 1091–1097 (2011).Fu, Y. et al. New Re-Os isotopic constrains on the formation of the metalliferous deposits of the Lower Cambrian Niutitang formation. J. Earth Sci. 27, 271–281 (2016).Horita, J., Zimmermann, H. & Holland, H. D. Chemical evolution of seawater during the Phanerozoic: Implications from the record of marine evaporites. Geochim. Cosmochim. Acta 66, 3733–3756 (2002).Kaufman, A. J. et al. Integrated chronostratigraphy of Proterozoic–Cambrian boundary beds in the western Anabar region, northern Siberia. Geol. Mag. 133, 509–533 (1996).Mills, B. J. W., Scotese, C. R., Walding, N. G., Shields, G. A. & Lenton, T. M. Elevated CO2 degassing rates prevented the return of Snowball Earth during the Phanerozoic. Nat. Commun. 8, 1110 (2017).Oriolo, S. et al. Early Paleozoic accretionary orogens along the Western Gondwana margin. Geosci. Front. 12, 109–130 (2021).Wotte, T. et al. C-, O- and Sr-isotope stratigraphy across the Lower–Middle Cambrian transition of the Cantabrian Zone (Spain) and the Montagne Noire (France), West Gondwana. Pa. laeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 256, 47–70 (2007).Xu, L. et al. Re-Os age of polymetallic Ni-Mo-PGE-Au mineralization in Early Cambrian black shales of South China—a reassessment. Econ. Geol. 106, 511–522 (2011).Zhu, D.-C. et al. Cambrian bimodal volcanism in the Lhasa Terrane, southern Tibet: Record of an early Paleozoic Andean-type magmatic arc in the Australian proto-Tethyan margin. Chem. Geol. 328, 290–308 (2012).Zhu, M.-Y., Babcock, L. E. & Peng, S.-C. Advances in Cambrian stratigraphy and paleontology: Integrating correlation techniques, paleobiology, taphonomy and paleoenvironmental reconstruction. Palaeoworld 15, 217–222 (2006).

2025-10-21

廣州地化所張周、鄧陽凡等-GRL：雷瓊火山區地殼減薄與熔融的地震學證據：揭示被動大陸邊緣地幔柱-巖石圈相互作用

????地幔柱-巖石圈的相互作用以及被動大陸伸展作用是調控陸內火山活動與巖石圈演化的關鍵機制，二者協同作用對巖石圈改造和火山活動的影響仍需深入探討。雷瓊火山區位于華南陸塊南部被動伸展陸緣，作為晚新生代火山活動強烈的熱點，分布有數百火山錐和噴發口。地球物理成像顯示雷瓊火山區下方低速異常可自地幔深部延伸至地幔淺部，但現有研究受觀測系統局限，難以精細刻畫巖石圈厚度、地殼熔融和巖漿系統，導致對地幔柱-巖石圈相互作用以及區域伸展特征的認識存有爭議。例如，此前報道深地震測深顯示雷州半島南部和海南島北部存在地殼減薄，而接收函數分析結果顯示為輕微增厚；上地幔的低速異常和殼內低電阻率層暗示存在熔融區域，但缺乏橫向分辨。?針對這些問題，中國科學院廣州地球化學研究所的博士后張周與其合作導師鄧陽凡研究員、徐義剛研究員及李鑫副研究員，聯合中國科學院南海海洋研究所張錦昌研究員，利用課題組新近布設的GIG-LZ寬頻帶地震臺陣，結合中國地震局在海南島上的部分固定臺站(圖1)，通過基于P波和S波接收函數的多種分析方法，揭示了雷瓊火山區具有薄的、高Vp/Vs比值和高熔體分數的地殼屬性，全區巖石圈厚度自內陸向海南島具有逐漸減薄的特征。文章主要結論如下：?(1) P波接收函數波形疊加結果顯示雷瓊火山區地殼厚度約24.5 公里，較華南陸塊內部和海南島北部(~28 公里)略薄。Vp/Vs比值達到1.85，高于區域平均值1.76和全球元古代地殼典型值1.73。高的Vp/Vs無法僅用巖性解釋，指示地殼存在部分熔融。本研究基于Gassmann方程考慮三種熔融場景(花崗巖-流紋巖、閃長巖-安山巖、鎂鐵質麻粒巖-玄武巖)估算研究區平均熔體分數約為4.5 vol%，在雷瓊火山區內部可達7.0 vol%。假設初始地殼厚度為30 公里，雷瓊火山區的伸展因子為1.33(區域平均約為1.23)，這與典型的伸展大陸邊緣相當，火山區的高伸展量可能促進了巖漿的上升以及雷瓊火山區的火山分布特征。?(2) P波接收函數偏移成像結果(圖2)顯示，雷瓊火山區地殼呈現輕微增厚跡象，而P波接收函數波形疊加結果則顯示為減薄特征。該研究通過構建理論模型并開展合成測試，證實沉積層的存在會導致偏移成像中虛假增厚的現象，而多次波震相能保留減薄的真實特征，從而闡明了波形疊加顯示減薄而偏移成像顯示增厚的原因。綜合波形疊加和偏移成像的結果，該區地殼特征應為減薄與沉積層響應的共同效應。?(3) S波接收函數偏移成像結果(圖2)顯示巖石圈-軟流圈邊界(LAB)的深度從北部~90公里逐漸減薄至南部~60公里，雷瓊火山區為巖石圈厚度漸變區域。測線北段60公里深度處存在巖石圈內部不連續面(MLD)。巖石圈減薄的特征與已有體波、面波層析成像結果相似，指示該區存在地幔上涌和巖石圈破壞特征。?研究區內巖石圈減薄現象分布于測線南段且范圍廣泛，地殼減薄特征則顯著分布于火山集中的伸展區域，表明海南地幔柱及其分支的熱侵蝕作用對現今巖石圈和地殼特征具有整體性影響，但局部火山集中區域仍以被動陸緣伸展作用為主導。與其他地幔柱熱點(如夏威夷、亞速爾、留尼汪和黃石等)不同，雷瓊火山區地殼呈現減薄而非增厚特征，這可能與其處于海南地幔柱外圍，熱通量較低、缺乏顯著底侵作用有關。對比南海東北部的高速下地殼，雷瓊火山區下方殼內低速異常進一步印證了熔融和熱異常的存在。地殼減薄與高伸展量共同表明，被動陸緣伸展是控制現今結構的主導因素，而地幔柱則作為熱源促進熔融過程。?據此，本研究提出了被動陸緣巖石圈與地幔柱相互作用的模型(圖3)：在海南地幔柱熱侵蝕與被動陸緣伸展應力共同作用下，軟流圈上涌導致巖石圈地幔沿MLD發生滴落或拆沉，引發雷瓊火山區地殼的部分熔融，顯示為高Vp/Vs、低Vp和高電導率特征。而被動陸緣的伸展作用對地殼的影響在雷瓊火山區可能超過地幔柱的作用。該研究揭示了被動大陸邊緣和地幔柱對巖石圈改造的不同貢獻，為多種地球深部過程導致的區域構造演化提供了研究范例。?相關成果發表于國際知名地學期刊《Geophysical Research Letters》，研究受國家自然科學基金，廣東省科學基金，中國科學院廣州地球化學研究所所長基金和中國科學院廣州地球化學研究所十四五專項的聯合資助。?論文信息：?Zhang,Z. (張周),Deng,Y. *(鄧陽凡),Xu,Y.-G. (徐義剛),Li,X. (李鑫),& Zhang,J.(張錦昌),2025,Seismological evidence for crustal thinning and melting beneath the Leiqiong volcanic area,South China: implications for plume-lithosphere interaction at a passive continental margin,Geophysical Research Letters,52,e2025GL115307.?全文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL115307圖1. (a) 雷瓊火山區(LQV)及周邊地形圖。(b) 本研究使用的地震臺站分布。綠色圓圈和藍色圓圈分別標注GIG-LZ臺陣和固定臺站位置。(c) 遠震事件射線追蹤得到的Ps(紅點)和Sp(藍點)穿透點，藍色線條為偏移成像剖面的位置。(d) 本研究采用的遠震事件分布。紅色三角形為研究區中心，紅點和藍點分別代表P波和S波事件。圖2. (a,b)沿A-A'剖面的P波接收函數(PRFs)和S波接收函數(SRFs)的疊后深度偏移成像(PSDM)圖像。綠點表示P波接收函數波形疊加方法估算的地殼厚度。(c)A-A'剖面莫霍面、MLD和LAB界面的示意圖。頂部俯視圖顯示地震臺站分布：白色立方體為GIG-LZ陣列臺站，藍色立方體為固定臺站。QBV: 瓊北火山；LPV: 雷州半島火山；WIV: 潿洲島火山。圖3. (a)國內典型火山區地殼熔體分數的對比圖。(b)雷瓊火山區巖石圈改造與巖漿系統特征的概念模型圖。綠橙條帶標示剖面沿線的華南陸塊、雷瓊火山區與海南島分界。

2025-10-16