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全球碳封存潜力可能在2200年耗尽
来源：中国科学报 冯维维 （ 2025年09月05日）奥地利科学家研究指出，地球在岩石构造中封存碳排放的实际上限预计为1.46万亿吨。在当前的变暖减缓情景下，该上限可能会在2200年达标，提示各国应重新考虑碳封存在其减排计划中的作用。相关研究9月3日发表于《自然》。为实现净零碳排放的目标，二氧化碳源必须与二氧化碳汇的除碳量相当。实现这一目标的一个方法是利用捕获与封存技术将碳排放封存在地质构造中数百年或数千年。虽然之前有建议认为这一储碳量出奇的大，但仍需开展研究来明确其上限。卢森堡国际应用系统分析研究所的Matthew Gidden、Joeri Rogelj和同事在分析稳定地质构造的同时考虑了环境敏感地点、与人口中心的距离，以及缺乏政府支持这类风险因素，从而量化了地球实际能支持的地质碳储量。他们发现，这种更谨慎的估算得出的地球二氧化碳地质封存潜力为1.46万亿吨，而且这一潜力可能在2200年被用尽。根据这一储量上限，研究者指出地质碳封存能逆转今后最多0.7℃的全球变暖。这一储量约70%在陆地上，储存潜力较高的国家包括俄罗斯、美国、中国、巴西和澳大利亚。研究者指出，该分析的一个主要局限在于没有考虑碳捕获与封存技术规模化的障碍，也没有考虑今后可能研发出的其他技术。决策者应明确估算需要多少碳封存，同时规划能减缓碳排放的策略。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09423-y
2025-09-18
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第41次南极考察：南极中山站的“生命之水”从哪里来（摘自新华网）
来源：《央视网》 （2024年12月25日）http://www.news.cn/science/20241225/f11137810b7e493b98eaefaf9e214805/c.html水是生存要素之一。在中山站，队员们喝的水从哪里来的呢？ 在中山站区的西南高地上，远远地能看到冰面上有一个绿色的半球形建筑。队员带着走近了才知道，中山站的生命之水就在这片冰面下面。 中国第40次南极考察队中山站越冬队队员张方根：前面这里有一个淡水湖，相当于是雪水融化的，形成了一个淡水湖，常年都有。表面它是冻住的，底部没有冻。这个叫莫愁湖。站上用的水都是从这个湖里过来的。 虽然南极洲上覆盖着巨大的冰盖，组成这些冰盖的淡水资源占据了地球淡水资源的70%以上。但是在南极，很难利用这些淡水资源。目前，南极大陆全境分布着约20个国家的近40个全年科考站，还有运行维护的夏季专用科考站。但并不是每个站都有合适的淡水湖，有的需要通过海水淡化来取水。在中山站，有了莫愁湖，队员们确实不用发愁了。即使是冬天，湖底下的水也不会冻住。 湖心泵房内的温度常年保持20度左右。为了掌握冰下淡水的情况，队员们还会定期来测量冰厚、水位和水质。莫愁湖的水从泵房抽上来，通过这些管路，一直延伸送到发电栋。这些管路里不仅装有保温层，还有电加热，确保水不会被冻住。 在发电栋，不仅有水处理房，还有锅炉房，这样莫愁湖的水在这里就可以进行热交换，供到越冬楼和厨房等，水龙头出来的水就都是温热的。 中国第40次南极考察队中山站越冬队发电班班长张冬：我们相当于一个小城镇，麻雀虽小，五脏俱全。
2024-12-30
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微生物有大用处
来源：《 人民日报 》 黄和 （ 2024年05月08日 第 20 版） 面包、酸奶、豆腐、泡菜，这些人们经常享用的食物都与微生物关系密切。顾名思义，微生物是我们瞪大眼睛也难以发现的微小生物。常见的微生物杆菌宽0.5微米，即使80个杆菌“肩并肩”地排列成行，也只有一根头发丝的宽度。当然，万千微生物中也有特殊者，并没有那么微小，比如蘑菇、灵芝。这些或大或小的微生物在食品、农业、医药、环保、能源等领域广泛应用。 小小微生物，是人类生存发展的重要资源，也是科学研究的前沿领域。科学家在观察细菌对抗病毒入侵的过程中，发现细菌通过剪切DNA，解除了病毒的“武装”。受此启发，两位科学家研究出一种基因编辑技术，这一技术像是自带身份识别功能的“小剪刀”，精准剪裁微生物、植物、动物乃至人体的遗传基因。两位科学家凭此在2020年被授予诺贝尔化学奖。 微生物很古老，也很前沿；很微小，也很强大。这个生命的源头，正带给我们越来越多惊喜。 不显山露水，在食品、农业、医药领域大展身手 微生物主要包括细菌、真菌、病毒三大类。细菌是原核细胞型微生物，它像是一间毛坯房，没啥家具，但也能维持正常生活。真菌是真核细胞型微生物，好比一座精装修的房子，家具家电齐全。而病毒是非细胞型微生物，和前两种细胞型微生物截然不同，喜欢利用其他细胞来供养自己。动植物患上病毒性疾病，就是病毒利用动植物细胞来快速繁育子子孙孙。不过，我们不必谈“微”色变，绝大多数微生物对人类生存是有益的，甚至是必要的。人体内微生物数量多达数百万亿个，总重量可超1公斤。 食品加工是人类利用微生物的最早实践。古人利用微生物创制了营养丰富、风味独特、种类繁多的发酵食物。这些食物保存期长，消化吸收率和营养价值高，还包含有益健康的生理活性物质。今天，食品工业领域到处都有微生物的身影。以酶制剂为例，它由传统或经基因改造的微生物发酵、提取制得，具有催化功能，能够改善食品的色、形、味，提升食品的功能和品质，可用于淀粉制品、乳制品、烘焙食品、酒和饮料等的制造。食品酶种类丰富，有用于制作奶酪和酸奶的凝乳酶，有增加肉类鲜嫩程度的木瓜蛋白酶，还有提升面包口感的木聚糖酶、制备功能多肽的蛋白酶，等等。有些食品酶作用独特，乳糖酶分泌少的人可以食用富含乳糖酶的食物，减轻乳糖不耐受症状；纳豆激酶可以溶解血栓、降低血黏度。 往食品的上游追溯，就是农业生产，这也是微生物的用武之地。随着环保和食品安全问题越来越受到重视，微生物农药需求日益增长。微生物农药的最大优势在于，不会像传统化学农药那样产生污染，还可以提升农副产品品质，推动绿色农业发展。以典型的微生物农药赤霉酸为例，它是一种天然的植物生长调节剂，能够促进细胞分裂，增加细胞数量，有利于植物生长发育，进而增加产量。当前，大量杂交水稻制种田通过喷洒赤霉酸来制种，赤霉酸还被广泛应用于棉花、蔬菜、瓜果等的种植，对保障我国农业丰产起到重要作用。 微生物还帮助人们保持健康。人体里的微生物主要寄居在肠道内，它们和免疫系统不断“对话”，像双歧杆菌等益生菌可以产生短链脂肪酸等有益物质，不仅降低炎症疾病发病率，还时刻维持着人体的健康平衡。利用微生物及其代谢产物，可以生产具有多种健康功能的产品。以二十碳五烯酸为例，它是细胞膜的重要成分，帮助维持细胞膜的流动性和稳定性。此外，二十碳五烯酸还在调节炎症反应、降低血压、延缓血栓形成等方面起到关键作用。过去，二十碳五烯酸主要来源于金枪鱼、鲑鱼等深海鱼的鱼油，资源有限，难以满足市场需求。借助微生物发酵技术，人们可以从菌类中提取二十碳五烯酸，缩短了生产周期，有利于其稳定供应，还改善了相关产品的口感和品质。 近年来，人工合成微生物作为活菌药物，为医药领域科技创新打开了一扇窗口。科学家利用新技术，创制了富含酶的高活性细菌药物，罕见病患者吃下去后，可以补充自身缺乏的酶。下一步，若能提高这些酶在体内的作用时间和效率，将为万千罕见病家庭带来希望。在癌症治疗中，微生物经过基因改造，可以成为抗肿瘤药物的“运输车”，携带激活免疫系统的成分，深入化疗等现有疗法难以触及的地方，有望成为抗击癌症的利器。 “小身板”有大能量，助力生态保护和能源开发 在整个地球生态系统中，微生物称得上微小却强大。数十亿年前，微生物就是地球上最早的生命体。在生物圈中，微生物作为“分解者”把动植物遗体、粪便等有机物分解为无机物，回归自然，促进物质循环。没有微生物，地球的生态系统将不复存在。随着研究不断取得突破，微生物在生态保护和能源开发上发挥着越来越大的作用。 比如微生物降解塑料。这些微小的生物，通过其独特的代谢途径和酶系统，能够有效分解塑料，减少塑料污染。链球菌属、假单胞菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属等细菌，以及曲霉属的一些真菌，都被发现能够降解塑料。特别是塔宾曲霉，在高倍显微镜下，可以观察到其内部的细丝网络像一个高效运转的工厂，分解着塑料内的聚合物。通常情况下，塑料污染物需要10年乃至更长时间才能被自然降解，将这些塑料放到塔宾曲霉面前，几周便被彻底分解。 相比于物理和化学降解，微生物降解塑料更温和、更环保、更可持续。它不需要高温、高压或强酸、强碱等极端条件，只需在适宜的环境下，就能自发降解。微生物降解还可以将塑料转化为有价值的生物降解产物，进一步用于农业、化工等领域，实现资源循环利用。不同种类塑料具有不同的化学结构和稳定性，微生物降解也是“一物降一物”。找到针对不同塑料特性的微生物，提高降解效率，是当前的研究重点。例如通过基因工程技术改造微生物，使其具备更强的降解能力和更广泛的适应性；或者利用微生物共培养技术，构建具有协同降解能力的微生物群落。纳米技术、人工智能、生物反应器等新兴技术，也在与微生物降解塑料技术结合，有望提高微生物降解塑料的效果和可操作性。 寻找替代化石能源的可再生能源，是全世界共同面临的难题。其中，生物乙醇生产就要靠微生物发挥关键作用。通过发酵，微生物可以将纤维素、淀粉等可再生生物资源转化为糖，进而生产出乙醇。微生物发酵生产乙醇不仅环保，而且原料来源广泛，生产成本低。与之相似，微生物也可以通过发酵产出生物柴油和生物甲烷。 能源领域还有一个重点课题，固碳。固碳微生物广泛存在于陆地土壤，这些微生物包括自养型土壤细菌和光能微生物等。它们通过光合作用或化学自养固定二氧化碳，并将其转化为有机物，从而增加土壤有机碳含量，提高土壤肥力。未来，科学家有望开发出新的微生物技术，比如通过优化微藻培养条件和代谢途径进行大规模固碳，减缓全球变暖。 海洋深处的微生物研究是前沿课题。对深海微生物的研究，有助于我们解开生命在极端环境中诞生演化的谜团，为我们理解地球生命本质提供宝贵线索，还为我们探索宇宙生命提供新的视角。在科技应用方面，科幻电影里经常出现的太空采矿，有可能成为微生物利用的新场景。在微重力环境下，微生物能够巧妙地分解岩石，提取出珍贵材料，为长期太空驻留提供资源保障。这种采矿方式不仅高效，而且对环境影响极小，几乎不产生有害物质，是太空资源开发的理想选择之一。现在，科学家们正在发挥聪明才智，探寻微生物的未解之谜。未来，一定会有更多微生物种类被发现，微生物的潜在应用也将得到更加充分的挖掘。（作者为中国工程院院士、南京师范大学副校长）
2024-05-10
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“塑料化学品”清单出炉，超4000种有害
来源：科学网，2024-3-17 经过一年对科学报告和国家监管数据库的搜索，一个由挪威研究理事会资助的研究小组，编制了一份超过1.6万种“塑料化学品”的清单，并发现其中至少有4200种具有“持久性、生物累积性、流动性或毒性”。相关报告于3月14日发布。 据《自然》报道，这里的“塑料化学品”是指在塑料中发现的或被认为用于合成塑料的化合物，包括了原材料和添加剂，如稳定剂、着色剂等。 “相当惊人。”领导该研究小组的挪威科技大学环境毒理学家Martin Wagner说，他们还发现，有1万多种化学品的危害性数据无法获得、9000多种化学品用于制作何种塑料的信息也没有公开。之所以很难获得关于所有这些化学品的可靠信息，部分原因是该行业内很少共享专有信息，这使得汇编已知数据的工作变得更加重要。 “这是迄今最全面的报告。”未参与该研究的瑞典哥德堡大学生态毒理学家Bethanie Carney Almroth说，“展现出的数字令人不安。” 研究小组指出，许多人认为，现在大多数令人担忧的化学品都是“遗留”的产物，不再真正用于塑料生产，但他们有令人信服的证据，证明大量这类化学品仍在使用中。 “我们在所有主要聚合物类型中发现了400多种令人担忧的化学物质。这令人惊讶。”Wagner补充道。 该报告的发布恰逢联合国开展下一轮全球塑料污染国际条约谈判之际。该条约涉及塑料生产和废物管理的各个方面，包括一份令人担忧的塑料聚合物和化学品清单，其中一些已知会渗入食品、水和环境，对人类和生态系统健康产生影响。有关该条约的讨论将于下个月在加拿大渥太华举行。 报告指出，尽管近1000种有关化学品受到《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》等全球性条约的制约，但仍有3600多种化学品没有受到管制。研究小组认为，应将这些化学物质列入受监管的“红色名单”。该报告还建议相关公司使其生产的塑料中的成分更加透明，以填补信息漏洞。 “令我们感到鼓舞的是，报告强调了提高透明度的必要性。国际化学协会理事会（ICCA）支持这些努力，已在开发添加剂数据库和风险评估框架，为全球监管机构提供关键信息。”美国化学委员会（ACC）副总裁Kimberly Wise说。
2024-03-20
