志存高远 励精图治开拓进取 务实创新
科研进展
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化学品评估研究室在复合污染物暴露的主要毒性物质筛查中取得新进展轮胎颗粒作为微塑料已经成为环境中重要的污染物，一旦进入水体中会浸出多种污染物，如何从这些污染物中筛查出主要毒性物质是需要解决的一个关键科学问题。本研究室利用以有害结局路径（AOP）为导向的分析方法揭示了轮胎浸出液中对斑马鱼造成毒性效应的主要污染物。首先将基于环境浓度的轮胎浸出液暴露于斑马鱼胚胎仔鱼，形态学和行为学分析表明，斑马鱼眼睛损伤和趋光性异常是主要的有害结局（AO）；对眼睛进行组织病理学检查发现感光细胞的减少造成了视网膜外核层和色素上皮层厚度变薄，感光细胞分化过程受到抑制；利用转录组和代谢组联合分析的方法揭示了轮胎浸出液暴露主要对光传导和神经系统造成损伤，甲状腺系统在调控感光细胞增殖分化过程中起到重要作用，其中对甲状腺过氧化物酶（TPO）活性的抑制是重要的分子起始事件（MIE）之一，以此构建了轮胎浸出液对斑马鱼眼睛损伤的AOP。图1轮胎浸出液对斑马鱼胚胎仔鱼眼睛发育损伤的有害结局路径（AOP）进一步，为了筛查轮胎浸出液中造成斑马鱼眼睛损伤的主要污染物，首先利用高分辨质谱共鉴定出轮胎浸出液中42种主要污染物；基于AOP中的MIE，通过图神经网络模型和分子对接模拟，最终锁定了MBT是主要的TPO抑制剂；并通过体内试验验证了高通量筛查方法的准确性，解析了MBT暴露对斑马鱼眼睛损伤的毒性分子机制，证明了MBT在环境浓度下就可以对斑马鱼的眼睛造成明显损伤。另外，已有文章指出轮胎浸出液中的新型污染物6PPD也具有甲状腺干扰效应，从关键事件（KEs）出发，通过分子对接模拟和体外细胞测试发现6PPD及其光解产物6PPDQ均可以干扰甲状腺受体（TR）的活性，是潜在的TR拮抗剂。通过体内暴露实验和因果关系验证发现，6PPD而非6PPDQ可以作为TR拮抗剂，通过降低视蛋白丰度，抑制锥体感光细胞增殖，从而改变视网膜层结构，最终导致斑马鱼形成小眼症。通过以上工作，我们确定了轮胎浸出液中的MBT和6PPD是造成斑马鱼眼睛损伤的主要毒性物质，并解析了毒性作用的AOP。图2轮胎浸出液中对斑马鱼胚胎仔鱼造成眼睛发育损伤的主要污染物筛查以上工作通过高内涵方法构建复合污染物的AOP，不仅可以精准评估复合污染的分子机制，而且可以通过AOP中的MIE和KEs，利用高通量技术筛查主要的毒性物质，为复合污染物中的主要毒性物质筛查提供了新的思路，服务于新污染物筛查和治理的需求。相关研究成果发表于EnvironmentInternational,JournalofHazardousMaterials和EnvironmentalScience&Technology。以上系列研究工作的第一作者是本研究室的常静助理研究员，并得到了王子健研究员和万斌副研究员的指导。相关论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412023003264https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424010409?via%3Dihubhttps://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c11264化学品环境风险评估研究室2024年12月11日2024-12-11 -
葛源研究组揭示土壤微生物多样性丧失削弱土壤缓冲气候变化的能力中国科学院生态环境研究中心葛源研究组研究发现土壤微生物多样性丧失限制了土壤缓冲气候变化的能力，相关成果发表于GlobalChangeBiology。土壤碳储量巨大，约是大气碳库的3倍，通过与大气碳交互深刻影响全球气候变化。传统气候模型预测，全球变暖会加速土壤碳分解，释放更多的二氧化碳到大气中，进一步加剧全球变暖趋势。土壤微生物是土壤碳分解和呼吸作用的主要执行者，可能通过对变暖的适应性响应，缓解或加剧变暖导致的土壤呼吸增加。这种调谐作用能够改变土壤呼吸对全球变暖的反馈，进而缓解或加剧全球变暖趋势。然而，当前的气候模型较少纳入微生物特征参数，增大了模型预测的不确定性。根本原因在于，尚不清楚微生物特征如何改变土壤呼吸对长期变暖的响应模式，其机制是什么该研究通过人工构建微生物多样性梯度，揭示土壤微生物多样性丧失会减弱土壤呼吸的热适应，进而削弱土壤缓冲气候变化的能力（图1）。当微生物多样性丧失时，能够适应更广泛温度范围的泛化种比例减少，导致微生物群落适应温度变化的能力减弱，无法缓解甚至加剧变暖导致的土壤呼吸增加，从而使更多的二氧化碳释放到大气中。该研究表明全球变化引发的微生物多样性丧失可能会削弱土壤缓冲气候变化的能力，对于将微生物群落特征纳入气候模型以准确预测未来气候变化趋势具有重要意义。上述研究得到国家自然科学基金、中国科学院前瞻战略科技先导专项（A类）等项目资助。文章链接：https://doi.org/10.1111/gcb.17601图1土壤微生物多样性调控呼吸热适应的机制概念图土壤环境科学与技术实验室2024年12月6日2024-12-06 -
经典论文解读：弗林特水危机解析“向经典看齐”是生态环境研究中心主任朱永官院士发起，由生态环境研究中心青年学术委员会委员解读经典论文的系列活动。本活动旨在鼓励青年科研人员勇于挑战高难度的科学问题，抢占科技制高点，向本领域顶尖的科学家看齐，力争取得原创性、颠覆性成果，传承经典、砥砺前行。经典论文解读：弗林特水危机解析解读人：庄媛作者：KelseyJ.Pieper,MinTang,MarcA.Edwards文章标题：FlintWaterCrisisCausedByInterruptedCorrosionControl:Investigating“GroundZero”Home文献来源：EnvironmentalScience&Technology,2017被引次数：335次（GoogleScholar）研究背景饮用水安全与人类健康息息相关。然而回顾历史，饮用水安全问题时有发生。美国弗林特水危机是全球著名水污染事件，弗林特水危机始于2014年4月，当时密歇根州弗林特市在没有采取适当防腐蚀措施的情况下，将其水源切换到弗林特河。这一决定导致水管中含铅腐蚀层的失稳。在接下来的十个月里，居民报告称其水中的铅含量逐渐升高，达到了危险浓度。一项深入的后续调查显示，受监测住宅的所有水样中铅含量均高于15μg/L，其中几个样本超过了5000μg/L（达到了危险废物的标准）。法医分析确定，导致高铅含量的直接原因是铅管下游镀锌铁管的腐蚀（水务公司没有实施腐蚀控制措施，例如继续投加磷酸盐）。2015年9月，当弗林特儿童被检测出血铅水平升高时，这场危机引起了广泛关注。此事促使当地宣布进入紧急状态，并采取了公共卫生干预措施，包括分发过滤器和瓶装水，这些措施帮助减少了进一步的铅暴露。水化学指标的变化看似微小，却可能会显著破坏铅和铁沉积物的稳定性，导致水中颗粒物浓度增大。研究结果1.冲洗并未影响水龙头铅浓度：2015年4月28日，在一户已知存在水含铅问题的家庭中，根据时间和流速，从厨房冷水龙头采集了32个水样。所有32个样品的铅含量均高于EPA行动水平15μg/L，最低浓度为217μg/L。冲洗超过20分钟后，收集的样品（>50L）含有13200μg/L铅，几乎是美国环保署危险废物标准的三倍。因此，即使按照当地建议的在用水前冲洗管道25分钟，也无法保护居住者免受水中过量铅的影响。图1有、无腐蚀抑制剂情况下腐蚀层稳定性对比2.流速变化对铅释放没有关联：尽管已知小流速（100L），厨房水龙头中的水仍然不能安全饮用。 图2 在不同流速下水中铅浓度3.室内家庭管道不是铅的主要来源。相反，铅污染来自腐蚀的镀锌铁服务管线：一段1.5厘米的室内镀锌钢管（GSL）被分析。其外表面含94.2%锌、2.2%铁和1.6%铅。对涂层刮取样本的分析显示其含92.0%锌、1.7%铅、0.2%镉和0.2%锡。水中的铅浓度与镉、锌和锡密切相关，表明这些金属来自GSL的涂层，并在管道暴露于腐蚀性的弗林特河水时被释放出来。镉存在于GSL涂层中，但在其他管道中很少见，被用来追踪GSL的贡献。GSL涂层中镉与锌的比率与水中观察到的比率一致，证明GSL是这些金属的来源。水中的铅与锌的比率远高于原始涂层中的比率，表明来自上游铅服务管线（LSL）的铅已渗入GSL。由于水源的变化，这种富含铅的涂层被释放出来，这表明即使在移除铅服务管线后，GSL仍可能是水中铅的重要来源。图3镀锌铁服务管线（GSL）和铅服务管线（LSL）的示意图4.高铅和变色投诉呈现正相关在改用弗林特河水后，变色（红水/黄水）投诉有所增加，而消防栓冲洗引发水力扰动很可能进一步加剧这种情况。虽然红水/黄水投诉是由铁含量增加引起的，但其实还与该房屋中水中铅含量升高有关，例如1月份样本中的铅和铁含量之间存在很强的相关性（ρ=1，p<0.05；表SI-2）。1月15日采集的第一份水样变色程度最轻，铅、铁含量分别为360μg/L和9.0mg/L（图5）。相比之下，1月21日采集的第一份水样变色严重，铅和铁含量分别为3585μg/L和168mg/L。变色预示着该家庭中含有铅管线的水中铅含量较高，平均铁铅比为1mg/L铁对28μg/L铅。然而，值得注意的是，虽然水变色与1月份样品中的高铅含量密切相关，但没有变色并不是水铅含量安全的指标，正如4月份的分析中观察到的没有变色所表明的那样样品（即没有美观问题但Pb≥217μg/L的样品）。图42015年1月收集的水样水变色与铅浓度之间的关联。原始样品瓶的照片上覆盖着水中铅浓度的条形图。研究意义尽管本文测试的案例很可能是弗林特铅含量最高的案例之一，因为该地区的管线长达65.2–66.1m（214–217英尺；图3），但铅含量的相对增加表明弗林特其他用户可能出现的水质问题的严重程度。血铅数据分析显示，2015年9月下旬，弗林特全市儿童的血液中铅含量超标，地方、州和联邦卫生官员宣布进入紧急状态，其中包括分发过滤器和瓶装水，以避免额外的健康危害。研究历史进展概述2014年弗林特更换了水源：弗林特在2014年4月将水源从底特律水系统切换到弗林特河，以节省资金，因为城市面临财务危机。然而，弗林特河水更具腐蚀性且处理不当，导致铅污染和儿童健康问题。M.Hanna-Attisha等人对这一变化对儿童血铅浓度升高的影响进行了研究（Hanna-Attishaetal.,2016），该文被引1236次（GoogleScholar）。2015年对可溶性铅的可能来源进行了分析：在尝试通过降低饮用水pH值来减少铅的溶解度时，整体铅浓度反而上升。这使得S.Masters等人分析了与铅污染相关的可能因素。后来得出结论，水中铅的增加与铁的腐蚀有关。该事件最终在2017年1月被宣布为联邦紧急状态（Masteretal.,2015），该文被引87次（GoogleScholar）。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6b040342024-11-21
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经典论文解读：环境中的全氟及多氟烷基物质“向经典看齐”是生态环境研究中心主任朱永官院士发起，由生态环境研究中心青年学术委员会委员解读经典论文的系列活动。本活动旨在鼓励青年科研人员勇于挑战高难度的科学问题，抢占科技制高点，向本领域顶尖的科学家看齐，力争取得原创性、颠覆性成果，传承经典、砥砺前行。经典论文解读：环境中的全氟及多氟烷基物质解读人：刘春雷、丁泽作者：MarinaG.Evich,MaryJ.B.Davis，JamesP.Mccord，BradAcrey,JillA.Awkerman,DetlefR.U.Knappe,AndrewB.Lindstrom,ThomasF.Speth,CarolineTebes-Stevens,MarkJ.Strynar,ZhanyunWang,EricJ.Weber,W.MatthewHenderson,andJohnW.Washington文章标题：Per-andpolyfluoroalkylsubstancesintheenvironment文献来源：Science研究背景全氟及多氟烷基化合物（Per-andpolyfluoroalkylsubstances，PFASs）具有优异的化学稳定性和热稳定性，并且耐高温、耐光照，能够抵抗水解和生物降解作用，广泛应用于皮革、纺织、造纸、农药、食品包装等领域。PFASs已经生产了近70年，全球每年产量超过一百万吨，但公众对这些化合物的认识仍然相对较浅，其生产、利用与废弃量的增加增大了其在环境中的暴露几率。随着PFASs在水体、大气、土壤等环境介质及动物和人体血液中的大量检出，其对于人体健康的危害、对生态的潜在风险问题逐渐受到社会公众的广泛关注。PFASs的相关研究在不断开展。由于PFASs的数量众多且还在增加，研究进展缓慢且相关替代物质的不利影响也未知；PFASs与环境的相互作用复杂，数据杂乱不成体系；新开发的PFASs特征不明，甚至缺乏明确的化学结构，难以进行毒理学研究。目前PFASs污染修复仍处于起步阶段，针对饮用水的研究较多，对于其他环境介质的研究较少。基于此，本文总结了主要的PFASs组的合成路线、结构性状及使用情况；分析了PFASs的主要分解途径；讨论了PFASs在环境中的持久性、环境流动性、暴露和修复方面的核心问题。PFASs的生命周期PFASs产品从生产商到市场，再到消费者，最后到处置，每一步都向大气和水体进行释放。土壤是PFASs一个长期的环境汇，缓慢地释放PFASs到水体中，并被生物群吸收，最终在深海沉积物中积累。研究结果1.部分长链PFASs会引起机体不同程度的氧化应激且会影响无脊椎动物的抗氧化防御系统，具有神经诱导毒性和重复毒性效应，在生物体的残留时间超过任何已知的人为排放的污染物。2.PFASs的降解率可能会受到共存污染物或合成副产品的影响，且随着链长的增加，PFASs的毒性、生物积累和持久性增强。无论降解途径如何，PFAS自然转化的反应产物，导致垃圾填埋场等沉积位点成为了PFASs的延时源。3.真实环境条件的复杂性会导致PFASs相关研究与实验室条件下的反应方案和降解速率存在差异，增强了后续研究的挑战性。4.大部分现有的处理技术只能浓缩PFASs，而浓缩处理无法彻底去除，需尽量减少PFASs的使用，同时对污染基质进行更剧烈、更具破坏性的修复，并找到一种确保完全销毁PFASs的废物管理方法。环境介质中PFASs的分布特征土壤固相物质随环境的变化而显著变化，NOM集中在浅层土壤中，铁（氧）氢氧化物通常在地下介质中占主导地位。对数Kd随氟烷基数和末端部分变化而变化[(A)；pH=5.2]。当不受前体物质降解影响时，PFASs的相对迁移率通常随氟烷基碳数变化而变化[(B)，(D)，(E)]，陆地植被的积累随着氟烷基数量的增加而减少，但陆地捕食者的积累随着氟烷基数量的增加而增加[(C)]。在水生环境中，植物的积累随着氟烷基数量的增加而增加[(F)]。营养传递和环境暴露长链全氟羧酸盐（上图）和全氟磺酸盐（下图）在水生食物网中的生物积累因子（BAFs）要大于短链全氟烷基羧酸盐。采用单猎物分类法（FishBase）和生物湿重的标准化生物累积系数评估营养级积累情况，发现在营养水平较高的生物中，PFOS的生物积累大于PFOA（中图）。多重毒理学意义（右图）反映了PFASs理化性质的多样性与其官能团和氟烷基碳链长度有关。意义与反响尽管近几十年来在了解PFASs的生命周期、流动性、毒性和处理措施方面取得了很大的进展，但在这些持久性化学品的整个生命周期中仍存在相当大的管理问题。许多PFASs化学物质、制造过程、工业副产品和应用存在机密性，阻碍了新兴化合物的研究。此外，PFASs影响的环境介质复杂多样，难以通过实验室研究实现突破性进展。本文对PFASs目前的研究进行了系统地综述，为后续相关研究提供了理论依据，对PFASs未来的管理与限制具有指导意义。文章自2022年发表至今已被引用594次（WebofScience）。作者：约翰·华盛顿（JohnW.Washington）2022年，JohnW.Washington凭借在《Science》杂志上发表的年度杰出研究论文，“Huntingtheeaglekiller:Acyanobacterialneurotoxincausesvacuolarmyelopathy.”获得AAAS纽康克利夫兰奖。2021年，荣获宾夕法尼亚州立大学地球与矿物科学学院125周年纪念研究员。2020年，JohnW.Washington因使用创新分析方法开发传统PFAS指纹图谱并检测新型PFAS化学品和降解物而获得EPA国家荣誉奖及USEPA科学成就奖。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg90652024-11-21
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周伟奇课题组在城市绿地降温效率尺度推绎方面取得新进展中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室周伟奇课题组在城市绿地降温效率尺度推绎方面取得新进展。研究结果以“Ascalinglawforpredictingurbantreescanopycoolingefficiency”为题在线发表于ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences。城市热岛效应是一个全球性的问题，气候变化和城市化的叠加效应进一步加剧城市升温的问题，极端高温事件频繁发生，严重影响城市生态系统和居民身心健康，是城市可持续发展的巨大挑战。城市绿地具有显著降温作用，为此，全球众多城市设定绿化目标、启动城市绿化行动，以缓解城市高温。但是，城市绿化目标的降温效果如何这一城市管理和决策者关切的问题，尚未得到很好的回答。这是因为已有相关研究主要聚焦居民区、街道等局地尺度，研究结果难以外推至管理和决策者关心的城市尺度，无法为城市尺度绿化目标的制定提供有力支持。围绕局地尺度的研究结果是否可以、如何推绎到城市尺度这一关键科学问题，研究团队以四个气候背景迥异的城市：中国的北京和深圳，美国的巴尔的摩和萨克拉门托为研究对象，创新性地引入景观生态学的尺度推绎思想，采用绿地降温效率量化降温成效，通过解析从局地到城市一系列分析单元上降温效率的变化规律，揭示了降温效率随分析单元的增大而上升，呈幂函数的定量关系的规律。该定量关系在不同气候背景、不同天气条件下具有稳健性，可为计算城市尺度降温效率，制定城市绿化目标提供关键科技支撑。论文的通讯作者为周伟奇研究员和美国卡里生态系统研究所StewardPickett教授，第一作者为助理研究员王佳。该研究工作得到了国家自然科学基金杰青项目、国家重点研发计划等的支持。论文全文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.240121012图1绿地降温效率科学研究与城市绿化行动现实需求存在空间尺度不匹配的问题图2绿地降温效率随分析尺度增加呈幂函数变化规律，且在不同气候背景、不同天气条件下具有稳健性城市与区域生态国家重点实验室2024年11月11日2024-11-11 -
张长斌课题组在催化转化CO2研究方面取得重要进展中国科学院生态环境研究中心张长斌课题组在催化转化CO2研究方面取得重要进展，相关成果以“SulfateresidualsonRucatalystsswitchCO2reductionfrommethanationtoreversewater-gasshiftreaction”为题，在线发表于NatureCommunications（https://www.nature.com/articles/s41467-024-53909-8）。在“碳达峰、碳中和”的政策背景下，CO2的高效催化转化近年来成为催化领域的重要研究方向。在常压条件下，CO2催化加氢反应主要发生甲烷化反应和逆水煤气变换反应（RWGS），分别生成CH4和CO，这两种产物在能源和工业领域广泛应用。然而，在反应温度低于500oC时，CO2的甲烷化反应在热力学上比RWGS反应更为优势，如何在此条件下实现向CO的高选择性转化仍然是一个技术上的重大挑战。Ru基催化剂是CO2催化加氢反应的一类重要催化剂，研究者们前期发现Ru负载在不同TiO2载体时选择性存在显著的差异，通常归因于TiO2的晶型效应和金属与载体强相互作用。张长斌研究团队深入探究了不同商业来源TiO2以及不同气氛预处理对Ru/TiO2催化剂CO2催化加氢反应的影响，发现TiO2载体上残留的微量硫酸根（SO42-）是导致CO2还原选择性显著变化的关键性影响因素。研究发现，在无残留的Ru/TiO2表面主要生成甲烷，而表面有微量SO42-残留时产物主要为CO，Ru/TiO2由高效甲烷化催化剂转变成为高效的RWGS催化剂。进一步发现，CO2还原选择性发生转变与Ru/TiO2界面处的SO42-密切相关，而空气焙烧处理是诱导SO42-从TiO2载体迁移至Ru/TiO2界面的必要预处理条件。系列表征和DFT理论计算表明，Ru/TiO2界面的SO42-显著增强了H从Ru颗粒向TiO2转移，从而阻碍了CO加氢生成CH4，显著提高了CO选择性。该研究发现突显了催化剂表面微量元素在CO2催化加氢反应中的关键作用，为设计和开发高性能的多相催化剂提供了重要启示。该论文第一作者为中国科学院生态环境研究中心助理研究员陈敏，通讯作者为加州大学河滨分校刘福东副教授和中国科学院生态环境研究中心张长斌研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金委杰出青年基金和面上基金（22025604和22276204）的支持。图1.微量硫酸根（SO42-）对Ru/TiO2催化还原CO2性能的影响。大气环境与污染控制实验室2024年11月10日2024-11-10 -
曲久辉院士团队在电化学厌氧膜生物反应器研究方面取得重要进展中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士团队在电化学厌氧膜生物反应器方面取得重要研究进展，相关成果以“Recoveringnutrientsandunblockingthecakelayerofanelectrochemicalanaerobicmembranebioreactor”为题，在线发表于NatureCommunications(https://www.nature.com/articles/s41467-024-53341-y).污水处理同步回收资源和能源是水务行业绿色低碳转型的重要方向。厌氧膜生物反应器（AnMBR）有能耗低、有机负荷与出水质量高的优点，在污水资源化领域具有重要应用前景。然而，传统AnMBR膜污染严重，且无法回收废水中的氨氮和磷。为此，研究团队创建了一种资源回收型电化学厌氧膜生物反应器（eRAnMBR），该反应器采用镁阳极-导电膜双阳极、石墨阴极结构，首次实现了废水中碳、氮、磷的全回收，并显著缓解了膜污染。镁阳极释放镁离子与氨氮和磷酸盐结合生成鸟粪石；同时，阴极析氢反应增加了局部pH，有利于鸟粪石的阴极沉积，从而促进了鸟粪石与污泥的分离以实现原位回收。研究团队深入探究了膜表面滤饼层结构的调控对于膜污染缓解的效果及电子传递路径对于甲烷生成的促进作用。释放的Mg2+增大了污泥絮体尺寸，减少了污泥颗粒与膜表面间的粘附力，并且降低了胞外聚合物蛋白质二级结构中氢键的比例，从而削弱了凝胶层的形成，使滤饼层结构变得疏松多孔。电化学反应强化了种间直接电子传递并丰富了产甲烷途径，产生的甲烷纯度提高至94%。通过成本估算，如对eRAnMBR的甲烷电能回收利用，可以覆盖反应器的电力和电极消耗成本。该反应器具有工艺简洁、膜维护少、碳足迹低等优点，为下一代污水处理提供了新的技术选择。该论文第一作者为博士生张宇涵，通讯作者为胡承志研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金的支持。图1电化学厌氧膜生物反应器回收碳氮磷并缓解膜污染机理论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53341-y环境水质学国家重点实验室2024年10月24日2024-10-24 -
阴永光课题组在Nature Food发文揭示人为活动塑造鱼类汞浓度水平的地理差异中国科学院生态环境研究中心阴永光课题组在人为活动塑造鱼类汞浓度水平的地理差异方面取得重要进展，相关成果以“Humanactivitiesshapeimportantgeographicdifferencesinfishmercuryconcentrationlevels”为题，在线发表于NatureFood(https://doi.org/10.1038/s43016-024-01049-z).甲基汞是毒性最强的汞化合物之一，可沿食物链富集累积，鱼类消费是人类汞暴露的主要途径之一。鱼类汞含量与环境汞浓度、鱼类特征及食物网结构密切相关（图1a）。这些因素又受控于人为活动，但尚不清楚各因素对鱼汞累积的具体贡献。目前对人为活动如何驱动鱼类汞含量的地理差异认识有限，阻碍了汞污染的有效管理。研究团队分析了全球315个水生系统的鱼汞特征，发现鱼类总汞和甲基汞浓度在不同国家/区域间存在显著的地理差异。进一步以中国和美国为例进行对比研究，发现尽管中国的汞排放较高，但其鱼类总汞和甲基汞水平却远低于美国。为厘清驱动鱼汞累积的关键因素，该团队运用结构方程模型将鱼类甲基汞的地理差异与人为活动、环境汞浓度、食物网结构和流域特征相关联。结果显示，人为活动通过加剧环境汞浓度和水体富营养化，以及/或改变鱼类性状来影响鱼类甲基汞浓度水平。其中，鱼类大小是最具影响力的直接因素，正向影响鱼类甲基汞累积，其次是鱼类营养级（图1b）。但过度捕捞等人为活动会降低鱼类大小和营养级、缩短食物链及鱼类寿命，从而降低鱼类甲基汞累积。这也是中国鱼类甲基汞浓度水平较低的关键因素。这一研究提示，虽然中国目前鱼类汞浓度水平较低，但随着中国社会经济的发展、食物链的恢复（由于生态系和统恢复和对过度捕捞的限制），即使是在汞排放有所减少的情况下，未来仍可能会面临鱼类甲基汞升高的困境。在将汞污染作为一个全球性问题进行管理的同时，还需考虑区域汞排放、社会经济发展以及食物网结构的地理差异。图1影响鱼类汞浓度水平的因素该论文的通讯作者为阴永光研究员和蔡勇研究员，第一作者为博士后/特别研究助理向玉萍（现任西南大学资源环境学院副教授）。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s43016-024-01049-z环境纳米技术与健康效应重点实验室2024年10月21日2024-10-21 -
经典论文解读：基于生物多样性热点的保护优先区识别“向经典看齐”是生态环境研究中心主任朱永官院士发起，由生态环境研究中心青年学术委员会委员解读经典论文的系列活动。本活动旨在鼓励青年科研人员勇于挑战高难度的科学问题，抢占科技制高点，向本领域顶尖的科学家看齐，力争取得原创性、颠覆性成果，传承经典、砥砺前行。经典论文解读：基于生物多样性热点的保护优先区识别解读人：杨洪波、陈续高作者：NormanMyers,RussellA.Mittermeier,CristinaG.Mittermeier,GustavoA.B.daFonseca,andJenniferKent文章标题：Biodiversityhotspotsforconservationpriorities文章来源：Nature被引次数：21375次（WebofScience）；39223次（GoogleScholar）背景和问题研究背景：生物多样性丧失是当前全球发展面临的重大挑战。但是全球生物多样性保护普遍面临资金短缺的问题，因此识别生物多样性热点（biodiversityhotspots）对于确定保护优先区，提升保护资金效益至关重要。英国牛津大学（OxfordUniversity）科学家NormanMyers及其研究团队率先提出了“生物多样性热点”的概念，围绕生物多样性热点的识别方法开展了多年深入研究，于2000年在《Nature》上发表了这篇题为“Biodiversityhotspotsforconservationpriorities”的文章，引起了全球广泛关注。科学问题：需要优先保护的全球生物多样性热点分布在哪里研究内容研究思路：作者根据“生物多样性热点”的概念内涵，即生物种类丰富且栖息地丧失严重的地区，建立了生物多样性热点的识别方法。基于维管植物和四大类脊椎动物的特有种数量，以及原始植被的丧失程度，确定了25个全球生物多样性热点（如图1）。图1全球25个生物多样性热点的空间分布图核心发现：（1）研究识别的25个全球生物多样性热点仅占地球陆地面积的1.4%，但这些地区拥有异常丰富的特有种。这25个热点地区分布有133149种植物物种（占全球所有植物物种的44%；如表1）和9645种脊椎动物物种（占全球所有脊椎动物物种的35%；如表2）。同时，这些生物多样性热点地区正面临严重的栖息地丧失压力，已经丧失了88%的原始植被。表1全球25个生物多样性热点中分布的植物物种信息表2全球25个生物多样性热点中分布的脊椎动物物种信息（2）这25个全球生物多样性热点集中分布于热带和地中海地区：有15个热点分布于热带森林地区，5个热点分布于地中海地区。许多岛屿是生物多样性热点。其中9个生物多样性热点主要或完全由岛屿组成，而几乎所有的热带岛屿都属于生物多样性热点。（3）通过优先保护这些生物多样性热点，可以以较小的成本保护更多的物种。这在其中的五个热点（热带安第斯山脉、苏门答腊、马达加斯加、巴西大西洋森林和加勒比地区；如表3）中尤其突出，它们的特有种植物和脊椎动物数量分别占全球总数的2%以上，但这些热点只占地球陆地面积的0.4%。此外，这些热点区域的栖息地损失严重，有的已经丧失了90%以上的原始植被。表3 特有种植物与脊椎动物在主要热点地区的分布情况研究启示生物多样性热点区域的物种丰富度高，栖息地受人类活动干扰严重，集中资源保护这些热点地区，可以以相对较低的成本保护大量物种，提升生物多样性保护效率。这在当前生物多样性保护资金与人力资源都面临不足的背景下尤为重要。通过识别生物多样性热点，进而制定不同区域的生物多样性保护的优先级，可以帮助将有限的保护资源分配到最需要的地区。此外，生物多样性热点地区不仅对生物多样性保护至关重要，还为人类提供了诸如气候调节、水源保护、土壤保持、粮食安全等重要生态服务。保护这些区域有助于维护全球生态系统的稳定，促进人类福祉与社会的可持续发展。作者信息简介：诺曼·迈尔斯（NormanMyers,1934-2019）是英国著名的环境学家和保护生物学家，提出了“生物多样性热点”这一关键科学概念。通过方法创新和广泛的跨学科视角，迈尔斯开创了多个新的研究领域，影响了全球保护策略的制定和实施，对全球生态环境保护产生了深远的影响。（作者信息链接：https://www.nature.com/articles/s41559-020-1095-8）荣誉：1、1991年获蓝色星球奖（BluePlanetPrize），以表彰他在环境保护领域的杰出贡献。2、1992年获沃尔沃环境奖（VolvoEnvironmentPrize），全球顶级的环境保护奖项之一。3、入选联合国环境规划署全球500名人堂（UNEPGlobal500RollofHonour），他因其环境保护工作被列入该名人堂。4、1994年被评选为美国国家科学院外籍院士（ForeignAssociate,USNationalAcademyofSciences），这是对他在生态保护领域杰出贡献的高度认可。5、1995年获UNEP环境奖（SasakawaPrize），联合国环境署授予他该奖，以表彰他的环保成就。6、2007年被评选为《时代》杂志“环境英雄”，以表彰他对保护生物多样性和环境保护的贡献。论文链接：https://doi.org/10.1038/350025012024-10-15
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胡立刚等在汞微生物甲基化机制研究方面取得重要进展中国科学院生态环境研究中心胡立刚课题组在微生物汞甲基化机制研究方面取得重要进展。相关研究近日以“Theoriginofmethylgroupinmethanogen-mediatedmercurymethylation:fromtheWolfecycle”为题，在线发表于ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences（PNAS）期刊（DOI:10.1073/pnas.2416761121）。环境中甲基汞主要由产甲烷菌和硫酸盐还原菌、铁还原菌等微生物介导生成，其中产甲烷菌研究甚少。以往认为，产甲烷菌汞甲基化过程的甲基与硫酸盐还原菌和铁还原菌相同，来源于乙酰辅酶A途径，但缺乏实验证据支撑。另一方面，产甲烷菌中存在其他一碳单位携带者，其介导生成甲基汞的甲基可能来源于其他代谢途径。研究首先对产甲烷菌MethanospirillumhungateiJF-1汞甲基化机制进行深入研究。差异表达蛋白质组分析和底物限制实验表明，该微生物汞甲基化与甲烷代谢密切相关。随后研究使用13C同位素标记碳代谢底物，通过测定同位素在甲基汞和甲烷中的分布，证明了该微生物汞甲基化过程的碳原子几乎全部源于Wolfecycle（产甲烷途径），而乙酰辅酶A途径对甲基汞生成无贡献。最后，产甲烷菌基因组分析及后续的13C同位素标记实验发现，Wolfecycle依赖的汞甲基化机制在产甲烷菌中很可能普遍存在。该研究推进了对微生物汞甲基化基本生物化学过程的理解，为环境中甲基汞的生成潜力评估与甲基汞污染治理策略提供了重要信息。图1产甲烷菌Wolfecycle依赖的汞甲基化机制论文的第一作者是2019级直博生高峻，通讯作者是胡立刚研究员和阴永光研究员。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目和生态环境研究中心所级项目的支持。论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2416761121环境化学与生态毒理学国家重点实验室2024年10月12日2024-10-12