学术动态
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李金华等-SA：发现趋磁细菌细胞内非晶质二氧化硅颗粒2022-05-14如果原核生物能够参与硅的生物矿化，地球早期的硅循环过程将需要被重新评估。 近日，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员与潘永信院士生物地磁学团队联合西北大学、巴黎第六大学、加拿大国家同步辐射中心、中科院生物物理所、物理所和厦门大学等国内外多个单位科研人员，利用先进电子显微学和同步辐射技术观测，发现原核生物趋磁细菌中一类硝化螺旋菌门趋磁球菌，在细胞内合成亚微米尺寸的非晶质二氧化硅（SiO2）球粒沉淀，平均直径约为0.53 ± 0.34 μm，约占细胞总质量的～10.9%，与硅藻细胞中二氧化硅含量相当。该项研究为... 在真核生物中硅藻、硅质海绵、放射虫等的生物矿化及其遗骸埋藏构成了显生宙以来硅循环的重要过程，它们矿化被认为是海水可溶性硅浓度快速降低的主控因素之一。长期以来，硅的生物矿化被认为是许多真核生物的专属特性。在真核生物出现前的早期地球上硅质岩被认为主要是化学沉淀引起的。近年来，一些研究显示：原核生物可能具有硅化能力。如果原核生物能够参与硅的生物矿化，地球早期的硅循环过程将需要被重新评估。 近日，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员与潘永信院士生物地磁学团队联合西北大学、巴黎第六大学、加拿大国... -
林巍/刘佳等-NA&SB：临近空间天体生物学研究取得系列进展2022-04-12探究生命在临近空间的生存和适应机制不仅可以更好地认识地球生命的生存极限，而且有助于理解地外生命可能的生存策略、生命星际传输、行星保护等前沿科学问题。中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室的林巍研究员、何飞研究员、魏勇研究员、潘永信院士等，联合中国科学院空天信息创新研究院等单位，经过四年的攻关，成功研制出我国首个基于高空气球的临近空间天体生物学综合飞行实验平台CAS-BAP (Chinese Academy of Sciences Balloon-Borne Astrobiology Platform)，该平台搭载了自主研制的无温控生物暴露载荷（BI... 探索地外宜居环境和生命信号是天体生物学研究的核心科学问题，也是深空探测的重要科学目标。地球上的一些极端环境是公认开展天体生物学研究的理想实验区域。海平面之上20~100公里高度的地球临近空间具有高辐射、低气压、低温、干燥等极端环境条件，可以在一定程度上类比现代火星的表面环境。探究生命在临近空间的生存和适应机制不仅可以更好地认识地球生命的生存极限，而且有助于理解地外生命可能的生存策略、生命星际传输、行星保护等前沿科学问题。 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室的林巍研究员、何飞研...
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谷立新等-GRL：电镜技术解析嫦娥五号样品的太空风化作用机制2022-04-06基于这一科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所电子显微镜实验室谷立新高级工程师、地球与行星物理院重点实验室林杨挺研究员、李金华研究员，联合北京高压科学中心、中科院国家空间科学中心的科研人员，利用电子显微镜实验室开发的单颗粒样品操纵-扫描电镜形貌观察-聚焦离子束精细加工-透射电镜结构解析等系列分析方法，获得了嫦娥五号样品单颗粒表面多相物质（硅酸盐、氧化物、磷酸盐和硫化物）受到相同太空环境下的不同微观结构响应（图1）。 数十亿年来，月球表面遭受了强烈的太空风化作用，包括微陨石撞击、太阳风及银河宇宙射线的辐射。这些过程极大地改造了月球表面物质的微观形貌、晶体结构和化学成分，进而改变了月球的光谱特征，造成地质分析的多解性。因此，深入研究撞击和太阳风辐射与物质的相互作用过程与机理，是认识月球表面物质演化和空间环境变化过程的关键，并为行星的宜居环境及其演化提供了不可替代的作用。 然而，由于月壤颗粒的尺寸微小且微观结构复杂，难以区分微陨石撞击和太阳风辐照的特征差异，造成对太空风化作用机制的认识还不够清晰。另外，陨石的... -
李金华等-GF：嫦娥五号月壤样品单颗粒分析工作流程图2022-02-112020年12月17日，嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品，中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品，在我国行星科学发展史上具有里程碑意义。月壤样品极其珍贵，多数为亚毫米和微米大小的颗粒。如何利用有限的珍贵样品获得尽可能多的基础数据，同时开展高效高质量的科学研究，对我国科研人员提出了巨大挑战。作为首批获得月壤样品的科研单位，中国科学院地质与地球物理研究所联合中科院国家天文台、高能物理研究所和物理所等多家单位，协同开展相关技术的研发工作，建立了一套行之有效的月壤返回样品单颗粒综合分析的工作流程图，... 导言：2020年12月17日，嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品，中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品，在我国行星科学发展史上具有里程碑意义。月壤样品极其珍贵，多数为亚毫米和微米大小的颗粒。如何利用有限的珍贵样品获得尽可能多的基础数据，同时开展高效高质量的科学研究，对我国科研人员提出了巨大挑战。作为首批获得月壤样品的科研单位，中国科学院地质与地球物理研究所联合中科院国家天文台、高能物理研究所和物理所等多家单位，协同开展相关技术的研发工作，建立了一套行之有效的月壤返回样品单颗粒综合分析的工作流... -
唐旭等—Minerals：独居石中放射成因Pb的化学价态和原子占位研究2022-01-04基于此研究背景，中科院地质与地球物理所科技平台电子显微镜实验室唐旭工程师与李秋立研究员、李金华研究员、凌潇潇高级工程师和谷立新工程师等人合作，利用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），拉曼光谱（RM）和X射线光电子能谱（XPS）对来自伟晶岩脉的RW-1独居石（-Ce）进行了精细的矿物学、电子显微学和谱学研究。RW-1独居石保持着封闭的U-Th-Pb体系，其中放射成因Pb含量高达3000~5000 ppm，非常适合于Pb的化学价态和原子占位与分布研究。 独居石((Ce, La, Nd, Th)PO4)是一种广泛应用的U-Pb和U-Th-Pb地质年代学定年矿物，来自U和Th α衰变形成的放射成因Pb的迁移和分布对独居石的精确年龄测定具有重要的影响，进而对阐明和量化遭受热事件的矿物年龄和构造之间的地质演化过程产生影响。 前人对来自多相麻粒岩的独居石进行研究，发现放射成因Pb以纳米畴（~50纳米）的形式存在于独居石中，并且导致了不谐和的U-Th-Pb化学年龄。近期研究人员通过原子探针分析（APM）也揭示放射Pb与独居石基体出溶的纳米簇（~10纳米）耦合存在，对同位素年龄测定具有不利的影响。这表明在应用原... -
章敏等-Geology: 浙江煤山晚二叠世“金钉子”剖面磁性地层学研究2021-07-21为全球海相地层对比提供了依据，深化了对晚二叠世生物大灭绝的认识。最近，地球与行星物理院重点实验室地磁场与生物圈演化学科组博士研究生章敏与导师潘永信研究员、何况博士，岩石圈演化国家重点实验室古地磁学科组秦华峰副研究员、侯祎斐研究生、邓成龙研究员和朱日祥研究员，与南京大学沈树忠教授、南京地质古生物研究所郑全峰研究员、长兴“金钉子”自然保护区何燕等合作，对煤山“金钉子”剖面开展高分辨率的磁性地层学研究，建立了煤山剖面可靠的磁极性序列，为晚二叠世长兴阶-印度阶海相地层和陆相地层对比提供新的对比依据，并... 晚二叠世生物大灭绝事件（EPME）是显生宙最严重的一次生物灭绝事件，导致了超过80%海洋生物种的消失，同时重创了陆地生态系统。浙江长兴县煤山剖面主要为浅海相-斜坡相生物碎屑灰岩，完整记录了晚二叠世海相生物灭绝过程；该剖面包括了二叠纪-三叠纪界线（PTB）和长兴阶-吴家坪阶界线两个“金钉子”（ GSSP）（图1），因此在国际晚二叠世生物大灭绝研究中至关重要。在过去三十多年，国内外学者在煤山剖面做了大量工作，包括高精度CA-ID-TIMS U-Pb定年、磁性地层、化学地层、生物地层以及旋回地层，为全球海相地层对比提供了依据，深化... -
张兵芳等-NC: 亚磁场暴露减弱小鼠成体海马神经发生和认知功能2021-02-24中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地磁场与生物圈演化学科组博士研究生张兵芳与导师潘永信研究员、田兰香副研究员联合遗传与发育生物学研究所郭伟翔研究员等，采用多学科交叉研究方法，对长时间亚磁场暴露对C57BL/6J模式小鼠成体海马神经发生的影响开展系统性研究。基于亥姆霍兹线圈磁控系统和免疫荧光共定位技术分析发现：相比地磁场（GMF）组小鼠，亚磁场（HMF）连续暴露6周的小鼠，其海马齿状回区域神经干细胞的增殖和新生神经元的分化能力显著降低，新生神经元的树突总长度减少、分枝结构复杂度及突触棘密... 地磁场伴随地球生命起源和进化过程，它保护地球生物圈免受太阳风及其它高能宇宙射线的辐射伤害，是地球生命的“保护伞”。研究表明：在长期生命演化过程中，细菌和多种动物进化出利用地磁场定向、导航的能力，包括人类大脑也能感知地磁场的变化。然而，动物中枢神经系统功能的维持是否依赖地磁场尚且未知。随着深空探测的发展，如未来月球和火星旅行和居留等，人类可能需要较长时间暴露于极弱的磁场环境中，有必要评估极弱磁场对人类生理活动的影响。因此，极弱磁场环境对动物神经系统的影响是地球物理学家和生物学家共同关注的重要科... -
唐旭等-地球科学：透射电子显微镜技术新进展及其在地球和行星科学研究中的应用2022-01-04透射电子显微镜（简称透射电镜）因具有极高的空间分辨率和综合分析能力强等优点，可在地球与行星物质的微纳尺度到原子水平的形貌、晶体结构、矿物相鉴定、化学成分、原子成像和微磁结构等研究中发挥巨大的作用。中国科学院地质与地球物理研究所电子显微镜实验室的唐旭工程师和李金华研究员，长期深耕于透射电镜在地球与行星科学及材料科学等领域的研究工作，并基于其自身的经验和研究基础详细介绍了透射电镜的发展历程、基本结构和工作原理，进一步全面阐述了透射电镜的技术功能、样品制备方法及其在地球和行星科学研究中的应用。 近年来，各种微束分析技术的快速发展及其在地球和行星科学领域的广泛应用，极大地推动了纳米地球科学和行星科学的学科发展和科学研究。纳米地球与行星科学通过研究地球和行星系统中的纳米物质结构、纳米尺度现象，在微纳尺度到原子水平上揭示它们的形貌、结构、化学组成、分布特征、演化规律，从而获得宏观地质或行星样品的来源、形成和演化等信息，进而指示太阳系的形成与演化过程，以及地球上矿物、岩石、化石、沉积物和洋流等可能经历的地质、物理、化学或生物过程。 透射电子显微镜（简称透射电镜）因具有极高的空间分辨率和综合... -
李金华等-JGR：趋磁细菌复杂磁性机制与磁小体化石磁学识别2021-01-13研究成果发表于国际权威学术期刊JGR-Solid Earth（李金华*, Menguy N, Leroy E, 刘沛余, 潘永信. Biomineralization and Magnetism of Uncultured Magnetotactic Coccus Strain THC-1 With Non-chained Magnetosomal Magnetite Nanoparticles[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125(12): e2020JB020853. DOI: 10.1029/2020JB020853）。本项目研究受中国国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项(41920104009)、国家自然科学基金重大项目课题（41890843）和国家自然科学基金创新研究群体项目（41621004）资助。 趋磁细菌（magnetotactic bacteria）是生物控制矿化研究的典范，也是古地磁学研究的新生长点。它们能在细胞内合成有生物膜包被的、纳米尺寸、单磁畴磁铁矿晶体颗粒，也叫磁小体（magnetosome）。磁小体在细胞内多成链排列，作为趋磁细菌的“磁场感应器”，促使它们沿磁场方向定向游弋，这个过程也叫趋磁性。趋磁细菌死亡后，磁小体能被保存下来，成为化石磁小体（magnetofossil）。沉积物和岩石中的化石磁小体是优秀的磁信号载体，可能记录了化石磁小体形成和埋藏时的古地磁场和古环境信息，因而是重建古地磁和古环境信息的潜在替代指... -
李金华等-JGR：细菌利用地磁场上下穿梭驱动有氧-无氧界面物质和能量循环2021-01-07研究发现趋磁细菌可能是一类重要的微生物功能群，他们利用地磁场的定向作用，在有氧-无氧界面（OAI）中上下穿梭，从而将OAI上部有氧或微氧与其下部的厌氧环境联动起来，进而驱动碳、氮、硫和铁等在地球水生环境的无氧与有氧环境中的元素循环。 研究发现趋磁细菌可能是一类重要的微生物功能群，他们利用地磁场的定向作用，在有氧-无氧界面（OAI）中上下穿梭，从而将OAI上部有氧或微氧与其下部的厌氧环境联动起来，进而驱动碳、氮、硫和铁等在地球水生环境的无氧与有氧环境中的元素循环。有氧-无氧界面（OAI）是地球上有氧与无氧环境之间的过渡带。在地球的水生环境中（如海洋、湖泊、沼泽和河流），OAI主要存在于沉积物表层或者具有化学梯度分层的水体中。氧气（O2）与硫化氢（H2S）的反向化学梯度变化是水生环境OAI的最重要特征。一般来讲，从上向下，氧气浓度逐渐降低；而从下...
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