学术动态
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申建勋等-ACS-ESC：柴达木类火星环境岩石的LIBS分析对火星生命探测的启示2022-11-03近日，中科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球与行星磁场及宜居性学科组的申建勋博士后与合作导师林巍研究员等，利用LIBS对地球类火星环境中岩石样品的光谱特征进行了研究，结合拉曼光谱测量，探讨了LIBS技术在火星生命信号筛选中的应用潜力。该研究选取了柴达木盆地西北干旱区岩滩的一块典型岩石碎屑样品（图1），分别利用拉曼光谱和LIBS对样品不同部位（岩上、岩侧和岩下）的数百个点进行了系统分析。 光谱测量是研究地外环境和探测地外生命信号常用的技术手段，其中激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectrometer, LIBS）具有无需样品制备、快速分析、检测元素多等特点，已成为火星就位探测和巡视探测的一类重要科学载荷，广泛应用于火星环境演化、宜居潜力评估、生命信号探测等研究。我国的“祝融号”火星车上也携带了LIBS科学载荷，主要用于火星环境和宜居性的探测和研究。尽管LIBS可以有效分析多种元素，但其用于寻找潜在生命信号的能力有待深入研究。 近日，中科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球... -
刘沛余等-NSR：微生物如何调控生物矿化？磁小体合成的基因调控网络及模型2022-10-31生物矿化在生物界广泛存在，生物矿物的形成过程及其分子机制一直是地球科学与生命科学的交叉前沿，但也是研究的难点。在最近发表于《国家科学评论》的文章中，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员和潘永信院士带领的国际研究团队，通过比较基因组学和比较表型组学的关联研究，揭示趋磁细菌系统中调控磁小体生物矿化和链组装的关键基因网络，并提出磁小体生物矿化的通用模式图，为未来更深入地基因功能鉴定和生物仿生矿化提供指导框架，也为地质记录中磁小体化石的识别提供理论依据。 生物矿化在生物界广泛存在，生物矿物的形成过程及其分子机制一直是地球科学与生命科学的交叉前沿，但也是研究的难点。在最近发表于《国家科学评论》的文章中，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员和潘永信院士带领的国际研究团队，通过比较基因组学和比较表型组学的关联研究，揭示趋磁细菌系统中调控磁小体生物矿化和链组装的关键基因网络，并提出磁小体生物矿化的通用模式图，为未来更深入地基因功能鉴定和生物仿生矿化提供指导框架，也为地质记录中磁小体化石的识别提供理论依据。 趋磁细菌是一类独特的矿化微生物，能在... -
申建勋等-EPP：地球类火星环境生命信号研究及对火星生命探测的启示2022-09-29近日，我所地球与行星物理院重点实验室地球与行星磁场及宜居性学科组的申建勋博士后与合作导师林巍研究员、潘永信研究员等，利用比较行星学的科学思路，对地球上可以类比火星不同演化阶段环境特征的类火星环境区域进行了梳理和总结，在系统综述火星生命探测中常用的生命信号及其主要探测技术手段的基础上，将地球上的代表性类火星环境分成四类，分别类比火星演化的四个地质历史时期：诺亚纪早期至中期（4.1～3.8 Ga）、诺亚纪晚期至西方纪早期（3.8～3.4 Ga）、西方纪晚期至亚马逊纪早期（3.4～(2.1-1.4) Ga）、亚马逊纪中期至晚期（(2... 探索火星环境演化和生命信号一直是火星探测的重要科学目标。“天问一号”首次火星探测任务迈出了我国行星探测征程的第一步，未来我国还将实施“天问三号”火星采样返回任务。火星生命探测研究中“探哪里”、“探什么”、“如何探”是当前天体生物学研究的重大课题和挑战。“探哪里”主要指火星生命探测和采样返回任务的着陆区和采样区的确定；“探什么”主要是目标生命信号的遴选；“如何探”则涉及生命信号准确探测和解译所需的分析技术和载荷设备等。这三者相辅相成，需要在火星任务规划之初就进行科学布局并开展预先研究。 近日，... -
刘立等-EMR：柴达木盆地类火星极端环境的微生物多样性及其适应机制2022-09-07研究柴达木盆地的微生物多样性及其适应机制，有助于更好地认识地球生命耐受极端环境的生存策略、火星的过去和现在是否可能存在生命等天体生物学前沿科学问题。我所地球与行星物理院重点实验室地球与行星磁场及宜居性学科组的博士研究生刘立与导师林巍研究员等，联合香港大学李一良教授团队，对柴达木盆地典型类火星区域中的表层土壤微生物进行了系统研究（图1），改进了土壤微生物DNA提取的传统方法，实现了从柴达木盆地低生物量样品中获得足量DNA以开展组学研究。成果近期发表于国际学术期刊Environmental Microbiology Reports（刘立... “天问一号”首次火星探测任务的成功实施标志着我国行星探测进入新的征程。火星是太阳系中除地球之外最有可能存在过生命的天体之一，寻找生命信号一直是火星探测任务的重要科学目标。在火星生命信号研究中，除了开展火星就位探测之外，地球上天然存在的许多与火星过去或现在环境具有类似特征的区域（称为类火星环境）为研究火星生命提供了新的思路。开展地球类火星极端环境的生命研究，对于评估火星的宜居潜力、搜寻火星可能保存的生命信号等都具有重要的指导意义。 柴达木盆地位于我国青藏高原北部，它是世界上最干旱、海拔最高的荒... -
李金华等-EM：环境趋磁细菌单细胞鉴定和综合研究技术路线图2022-08-18目前成功分离培养的微生物仅占0.1%-1.0%，自然界中仍有大量不可培养微生物资源有待挖掘和开发利用。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法国巴黎第六大学、澳大利亚国立大学等国内外多个单位科研人员，将微生物分子生态学与电子显微学技术相结合，在单细胞水平上，实现了环境样品中脱硫菌门趋磁细菌的特异性鉴定和生物矿化研究。针对环境中大量的未培养趋磁细菌，该项研究还提出了单细胞鉴定和综合研究技术路线图，为地质微生物的种类鉴定及生物地球化学关联研究提供了新思路。 摘要：微生物是地球上最古老且延续至今的生命形式。它们种类繁多、功能多样、分布极广、数量庞大，扮演着生产者、消费者和分解者的角色，参与近40亿年的地球演化，并且还在持续影响地球的物质元素循环和气候环境变迁等。开展现代环境中微生物多样性和地质记录中微生物化石综合研究，是理解微生物参与地球和生命演化过程和机制的关键所在。尽管微生物的研究已有三百多年的历史，然而目前成功分离培养的微生物仅占0.1%-1.0%，自然界中仍有大量不可培养微生物资源有待挖掘和开发利用。近日，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员与... -
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... -
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。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... 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2022-02-11如何利用有限的珍贵月壤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，该技术对于后续的嫦娥六号月壤返回及小行星采样返回等均具有重要的参考意义。研究成果发表于Geoscience Frontier（李金华, 李秋立, 赵亮, 张金海, 唐旭, 谷立新, 郭倩, 马红霞, 周琴, ... 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在当前的文献报道中，有关定年矿物中放射成因Pb的化学态还存在争议，需要进一步的研究。基于此研究背景，近日，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...
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