苏必利尔湖神秘的硫循环：打开地球的历史之窗

苏必利尔湖神秘的硫循环：打开地球的历史之窗一项关于模仿远古地球海洋的苏必利尔湖硫循环的研究揭示了一种新的硫循环，强调了有机硫的作用。这一发现加深了我们对地球早期化学和微生物生命进化的了解。幸运的是，苏必利尔湖缺乏营养的水域为我们提供了一瞥过去的机会。菲利普斯曾是加州大学圣巴巴拉分校和明尼苏达大学德卢斯分校的博士后研究员，她表示，这是一个很好的窗口。她和合著者在湖中发现了一种新型硫循环。他们的研究结果发表在《湖沼学与海洋学》（LimnologyandOceanography）杂志上，重点关注有机硫化合物在这一生物地球化学循环中发挥的作用。了解硫酸盐和硫化氢硫酸根离子（SO4）是环境中最常见的硫形式，也是海水的主要成分。在缺乏氧气的海洋和湖泊底部，一些微生物通过将硫酸盐转化为硫化氢（H2S）来维持生计。硫化氢的去向很复杂：它可以在呼吸过程中被微生物迅速消耗掉，也可以在沉积物中保留数百万年。将硫酸盐转化为硫化氢是一种历史悠久的职业；基因组证据表明，微生物至少在30亿年前就开始这样做了。苏必利尔湖贫硫酸盐的水域可以让人们了解地球早期海洋的生物化学。图片来源：亚历山德拉-菲利普斯但科学家们认为，硫酸盐直到大约27亿至24亿年前才开始变得丰富，当时新进化的蓝藻的光合作用开始向海洋和大气中输送大量氧气。那么，这些远古微生物从哪里获得硫酸盐呢？亚历山德拉-菲利普斯（AlexandraPhillips）是一位海洋和气候科学家，精通海洋学、地球化学和地球生物学。她的研究重点是海洋和湖泊中的有机硫，以及社交媒体如何为STEM领域的女性树立多样化的榜样。菲利普斯还是一名科学传播者和政策官员。有机硫的意义为了解决这个难题，菲利普斯将目光转向了有机硫，即硫与碳化合物结合的分子。这些分子包括硫脂和含硫氨基酸。在现代海洋中，硫酸盐的含量几乎是有机硫的一百万倍。她说："但在一个硫酸盐含量并不高的系统中，突然间有机硫就变得重要多了。"资深作者、明尼苏达大学大湖天文台教授谢尔盖-卡特瑟夫（SergeiKatsev）说："长期以来，我们的思维都被从现代海洋中学到的知识所主导，因为现代海洋富含硫酸盐。Katsev是美国国家科学基金会资助项目的资深科学家。然而，要了解早期地球，就需要研究硫酸盐稀缺时出现的过程，而这正是有机硫能够改变整个范式的地方"。古代海洋的模型苏必利尔湖的硫酸盐含量非常低，几乎是现代海洋的千分之一。菲利普斯说："就硫酸盐而言，苏必利尔湖看起来更接近数十亿年前的海洋，可能有助于我们了解我们无法回到过去直接观察到的过程。早期海洋的硫酸盐含量非常低，因为可用于形成二氧化硫的游离氧要少得多。"大湖是古代海洋的模拟物，使菲利普斯能够看到硫循环在当时类似的化学条件下是如何进行的。她想到了三个问题：如果硫酸盐还原正在发生，是哪些微生物在起作用？如果有机硫为这一过程提供了燃料，那么微生物喜欢哪种类型的化合物？产生的硫化氢会发生什么变化？菲利普斯和她的合作者前往苏必利尔湖，追踪有机硫从源到汇的过程。研究小组从两个地点将水和沉积物样本带回实验室进行分析：一个地点的沉积物中有充足的氧气，另一个地点则没有。硫酸盐还原通常发生在环境缺氧的地方。氧气是一种很好的资源，因此生物在可能的情况下更愿意使用氧气而不是硫酸盐。研究小组利用散弹枪元基因组学寻找带有参与硫酸盐还原基因的微生物。他们在沉积物中硫酸盐含量达到峰值的地层中发现了大量微生物。他们总共发现了八个硫酸盐还原类群。调查有机硫偏好研究人员随后开始确定微生物偏好哪种有机硫。他们为不同的微生物群落提供了不同形式的有机硫，并观察了结果。作者发现，微生物产生的大部分硫酸盐来自硫脂，而不是硫氨基酸。虽然这个过程需要一些能量，但比微生物随后将硫酸盐还原成硫化氢所获得的能量要少得多。硫脂不仅是这一过程的首选，而且在沉积物中也更为丰富。硫脂是由其他微生物群落产生的，它们死亡后会漂到湖底。在回答了"谁"和"如何"的问题后，菲利普斯将注意力转向了硫化氢的去向。在现代海洋中，硫化氢可与铁反应生成黄铁矿。但它也能与有机分子发生反应，生成有机硫化合物。她说："我们发现，湖中有大量的有机物硫化，这着实让我们感到惊讶。有机硫不仅是硫循环的助推源，也是硫化氢的最终汇。新颖的硫循环这种循环--从有机硫到硫酸盐再到硫化氢--对研究人员来说是全新的。菲利普斯说："研究水生系统的科学家需要开始把有机硫作为一个核心角色来考虑。这些化合物可以在苏必利尔湖等营养贫乏的环境甚至远古海洋中推动硫循环。""在硫酸盐含量较高的系统中，这一过程可能也很重要。有机硫循环，就像我们在苏必利尔湖看到的那样，在海洋和淡水沉积物中可能无处不在。但在海洋中，硫酸盐的含量非常丰富，以至于它的行为掩盖了我们的大部分信号，"资深作者、加州大学圣巴巴拉分校生物地球化学家摩根-拉文（MorganRaven）说。"在低硫酸盐的苏必利尔湖工作，让我们看到了沉积有机硫循环的真正动态。有机硫似乎可以作为微生物群落的能量来源，并保存有机碳和分子化石。这些因素结合在一起，可以帮助科学家了解早期硫循环微生物的进化及其对地球化学的影响。"菲利普斯补充说，一些最早的生化反应可能涉及硫。"我们确信，硫在真正早期的新陈代谢中发挥了重要作用。更好地了解硫循环可以让人们了解早期生命形式是如何利用这种氧化还原化学反应的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398005.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398005.htm

科学家解码小行星"龙宫"的彗星有机物质

科学家解码小行星"龙宫"的彗星有机物质研究小组成员包括东北大学研究生院理学研究科地球科学系助理教授MegumiMatsumoto。他们的详细研究结果最近发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。(左）在"龙宫"样本表面发现的熔体飞溅。熔体飞溅呈圆形。(右图）熔融喷溅物的CT切片图像，显示其内部存在大量空隙。资料来源：MegumiMatsumotoetal.小行星"龙宫"没有保护大气层，其表层直接暴露在太空中。太空中细小的行星际尘埃会撞击小行星表面，导致小行星表面物质成分发生变化。松本和她的同事们发现，样本表面含有小的"熔体飞溅"，大小从5微米到20微米不等。这些熔体飞溅是彗星尘埃的微流星体轰击"龙宫"时产生的。松本说："我们的三维CT成像和化学分析显示，熔体飞溅物主要由硅酸盐玻璃组成，其中有空隙和小的球形硫化铁夹杂物。熔体飞溅的化学成分表明，"龙宫"的含水硅酸盐与彗星尘埃混合在一起。"在熔融喷溅物中发现的碳质材料。碳质材料呈现海绵状质地，含有小的硫化铁夹杂物。这与彗星尘埃中发现的原始有机物类似。资料来源：MegumiMatsumotoetal.在撞击引起的加热和快速冷却过程中，"龙宫"表面物质和彗星尘埃的混合和熔化形成了熔体飞溅。这些空隙相当于从含水硅酸盐中释放出来的水蒸气，随后被熔体飞溅物捕获。分析还揭示了熔体飞溅物中具有丰富纳米孔隙和硫化铁夹杂物的小型碳质材料。碳质材料在质地上类似于彗星尘埃中的原始有机物，但它们缺乏氮和氧，因此在化学性质上与有机物不同。松本补充说："我们认为，碳质材料是在撞击引起的加热过程中，通过氮和氧等挥发性物质的蒸发，由彗星有机物形成的。这表明彗星物质是从外太阳系被传送到近地区域的，这些有机物质可能是生命的小种子，曾经从太空被传送到地球。"展望未来，研究小组希望通过对"龙宫"样本的研究，找到更多的熔体飞溅物，从而进一步了解原始太空物质流入地球的情况。编译来源：ScitechDailyDOI:10.1126/sciadv.adi7203...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419573.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419573.htm

科学家们发现了一种能将空气转化为电能的酶

科学家们发现了一种能将空气转化为电能的酶这一发现是由RhysGrinter博士领导的科学家团队、博士生AshleighKropp和澳大利亚墨尔本莫纳什大学生物医学发现研究所的ChrisGreening教授共同完成。该团队生产并研究了一种源自土壤中常见的细菌的耗氢酶。该团队最近的工作表明，许多细菌在营养不良的环境中使用大气中的氢气作为能量来源。"Grinter教授说："我们知道细菌可以利用空气中的微量氢气作为能量来源来帮助它们生长和生存，包括在南极的土壤、火山口和深海中，已经有一段时间了。但是我们不知道它们是如何做到这一点的，直到现在。"在这篇《自然》杂志的论文中，研究人员从一种叫做烟曲霉菌的细菌中提取了负责使用大气氢气的酶。他们表明，这种名为Huc的酶将氢气变成了电流。Grinter博士指出："Huc的效率特别高。与所有其他已知的酶和化学催化剂不同，它甚至可以消耗低于大气水平的氢气--只占我们呼吸的空气的0.00005%"。研究人员使用了几种尖端的方法来揭示大气中氢气氧化的分子蓝图。他们使用先进的显微镜（低温电镜）来确定其原子结构和电通路，从而突破了界限，产生了迄今为止用这种方法报告的分辨率最高的酶结构。他们还使用了一种叫做电化学的技术来证明纯化的酶在微小的氢气浓度下产生电力。实验室工作表明，有可能长期储存纯化的Huc。"它的稳定性令人吃惊。Kropp说："可以将这种酶冷冻起来，或将其加热到80摄氏度，它仍能保持其产生能量的能力。这反映出这种酶帮助细菌在最极端的环境中生存"。Huc是一种"天然电池"，可以从空气或添加的氢气中产生持续的电流。虽然这项研究还处于早期阶段，但Huc的发现对开发小型空气动力设备具有相当大的潜力，例如作为太阳能动力设备的替代品。产生像Huc这样的酶的细菌很常见，而且可以大量种植，这意味着我们可以获得这种酶的可持续来源未来工作的一个关键目标是扩大Huc的生产规模。一旦生产出足够数量的Huc，使用它来生产清洁能源的天空就是相当高的极限。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348607.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348607.htm

已知最古老的水超过20亿年 发现后瞬间变橙色 科学家尝了尝

已知最古老的水超过20亿年发现后瞬间变橙色科学家尝了尝发现最古老水的基德矿坑P199最终经过鉴定，这个水源已经有15亿年历史了，在这样长的时间跨度里，它完全与世隔绝，没有与暴露在地球大气层或太阳下的水直接或间接接触。水池与世隔绝的时间，就是科学家判断一个水源的古老程度，2013年发现的这个最古老水源在2016年的时候被刷新。这一年，在加拿大同一个铜锌矿中，科学家在3.1公里深处又发现了一个完全封闭的水池。由于这个封闭水池的周围都是地球上已知最古老的岩石之一，它们已经存在数十亿年了，所以这个水池一经发现，就被认为这些水是非常古老的。接下去，科学家足足用了4年多的时间——直到2021年才进一步确认了这些水与世隔绝的具体时间，他们主要通过测试水中溶解的放射性氖、氩、氦和氙来确定。最终结果也没让人失望，这些水至少已经保存在那里超过20亿年了，最多甚至可能达到26.4亿年，所以成功成为已知世界上最古老的水。对于这样一份最古老水的样本，很多人可能都会好奇它到底是什么样的，味道又会是什么样的？科学家寻找这些水是否有意义？图：世界最古老的水这些水是怎么来的？首先，和许多人想得不一样，水源的体积比想象得要大得多，实际上如果太少的话，它是很难（几乎不可能）被发现的。科学家在发现它的时候，它正以每分钟一升的速度向外渗出，但是流出的水与空气接触之后瞬间变成了淡橙色，并出现沉淀物。芭芭拉芭芭拉因发现最古老的水获得加拿大科学与工程金奖，图源：MartinLipman/NSERC根据相关研究的研究人员——多伦多大学的地球科学家芭芭拉·舍伍德·洛拉尔(BarbaraSherwoodLollar)的描述：这些水充满了一股浓厚的硫磺味，像糖浆一样粘稠。这位勇敢的科学工作者还品尝了这些水，她表示这些水的味道又咸又苦，比海水要咸得多。在接受一些科学媒体采访的时候，芭芭拉有说到自己品尝这些水的原因，因为品尝一下石头是许多地质学家常做的事，虽然这次是水，但她还是决定用手蘸上一点品尝一下。不过，她也表示并不是喝它，只是用自己的味觉体会一下水的味道，因为她明白这些水可能会使免疫系统超负荷，甚至使人休克。图：该小瓶作为最古老的水保存在加拿大国家科学博物馆“又咸又苦”是古老且孤立的水源共有的特征，而且水越老，它的咸度就会越高，这是因为水会在缺氧的环境下会与周围的岩石及其它物质相互作用，从而形成化学成分高度复杂的有毒水池，这些成分会让水变得相当咸和苦。这个已知最古老的水池存在于世界上最深的基底金属矿中，那里拥有大量的银、铜和锌矿藏，在数亿年的时间里，这些物质均有和水相互作用，并溶解在水中。但是，让水接触空气后变了色的是含铁的硫酸盐——是其被氧化形成的沉淀物的颜色，而硫酸盐被认为是“生命的指纹”——这意味着这个水池在过去应该是存在生命的（现在并没有找到生命）。图：最古老水的样本所以，你现在可能会好奇，这些水是怎么来的？其实，现在科学家推测这些水本来应该就是海水，只是随着时间的推移，水中溶解的物质越来越多，导致它比海水更复杂，也更加咸苦。首先，第一点困住这些水的岩石被认为是形成于大约26亿年前的古老海底，只是随着地壳运动被推向了陆地而已。其次，利用硫酸盐的微生物，科学家之前只在海底记录到过。结合这两点，这些水本身是过去海水的残余物的可能性就很大了。图：最古老水的样本最后：寻找这些水的意义是什么？已知的那些利用硫酸盐的化能自养型微生物需要在25摄氏度的环境下生存（它们的生命过程还需要氢），所以通常是在海底热泉旁，它们可能很难在这片孤立的水源中生存，所以应该很早就已经灭绝。然而，这一切似乎又没那么悲观，因为科学家发现，这些微生物所需要的硫酸盐实际上可以在无氧的环境下，让水和周围岩石物质之间的相互作用产生。其实，在以前人们普遍认为硫酸盐源自地下，它通过热泉喷涌到地面，而那些微生物就聚集在那里利用这些硫酸盐进行生命活动。图：海底热泉的生命而在海底热泉旁，生命以这些化能自养型微生物为基础创造了一个完全有别于我们熟悉的、以光合作用为基础的生态系统。如果生命所需的硫酸盐只是通过隔离水就能产生的话，那么意味着生命存在的条件会大大延伸。或许火星现在就存在生命，因为火星只是表面很难找到液态水而已，在地下与世隔绝的地方，存在液态水的可能性还是很大的。参考：[1].https://www.iflscience.com/a-geologist-found-the-oldest-water-on-earth-and-then-she-tasted-it-69365[2].https://www.sciencealert.com/the-world-s-oldest-water-lies-deep-below-canada-and-it-s-2-billion-years-old[3].https://answersingenesis.org/origin-of-life/the-worlds-oldest-water/...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391595.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391595.htm

我国科学家发现寒武纪生命大爆发的关键因素

我国科学家发现寒武纪生命大爆发的关键因素寒武纪生命大爆发，被称为古生物学和地质学上的一大悬案。一段时间以来，其诱因是学界关注的热点问题。记者从中国科学技术大学获悉，近期该校卫炜副研究员、董琳慧博士研究生和黄方教授等人研究发现，海水中对早期动物有毒害作用的硫化物和钡离子的移除，促使了寒武纪生命大爆发。这一发现为寒武纪早期海洋氧化与生命大爆发之间的互馈机制提供了新的见解。据介绍，寒武纪早期出现了生命大爆发，传统观点认为这可能与海洋的氧化有关。但是相关研究表明，早期动物对氧气的需求量并不高。更有观点认为，海洋氧化是寒武纪生命大爆发的结果而非原因。可见寒武纪早期海洋氧化还原变化和生命大爆发之间的互馈机制仍不清楚，需进一步探究。近期，卫炜等人通过扬子板块下寒武统富金属页岩的钡同位素数据发现，埃迪卡拉纪-寒武纪过渡时期海洋的逐渐氧化提升了硫酸根浓度，导致此前累积的溶解钡离子以重晶石形式被大量移除。水体中高浓度的钡会抑制水生动物的存活率，因此，对动物有毒害作用的硫化物和钡离子的移除，改善了海洋的宜居性，促使了寒武纪生命大爆发。相关研究成果日前发表于学术期刊《国家科学评论》。标签:#寒武纪生命大爆发频道:@GodlyNews1投稿:@GodlyNewsBot

科学家们尝试通过靶向微生物组来逆转食物过敏

科学家们尝试通过靶向微生物组来逆转食物过敏许多食物过敏的人在接触诱发食物时只出现轻微症状。然而，有些人面临潜在的致命后果。在实验室测试中，一种由健康微生物群制造的名为丁酸盐的细菌化合物显示出对抗过敏反应的前景。问题是，口服这种化合物很难受。现在，科学家们描述了一种更可口的方式来提供这种化合物。他们还报告说，他们的“聚合物胶束”对小鼠的花生过敏是有效的。有一天，这种治疗方法可以抵制许多类型的食物过敏和炎症性疾病。科学家们将在美国化学学会（ACS）的秋季会议上展示他们的成果。2022年美国化学学会秋季会议将以“混合”模式举行，于8月21日至25日举行，并在8月26日至9月9日提供点播服务。会议有近11000个演讲，涉及广泛的科学主题。组成肠道微生物组的一些细菌会产生化合物，如丁酸盐，促进有益细菌的生长并维持肠道内壁。如果一个人的微生物组不健康，缺乏这些产生丁酸盐的细菌，部分消化的食物碎片就会从肠道漏出，引发免疫反应，导致过敏反应。治疗过敏症患者的一种方法是通过口服或粪便移植向他们提供缺少的细菌。然而，据该项目主要研究人员之一JeffreyHubbell博士说，这在临床上效果并不好。“所以我们想，为什么我们不直接提供健康微生物组产生的代谢物--如丁酸盐？”“但是丁酸盐有一种非常难闻的气味，就像狗屎和馊掉的黄油，而且它的味道也不好，所以人们不会想吞下它，”曹世杰（音译）博士说，他正在为芝加哥大学的团队在会上介绍这一结果。而且，即使人们能够设法把它噎下去，丁酸盐也会在到达下层肠道的目的地之前被消化掉。为了克服这些挑战，科学家们，包括共同参与人CathrynNagler博士和RuyiWang博士，设计了一个新的输送系统。他们用丁酰氧乙基甲基丙烯酰胺(侧链有丁酸酯基团)与甲基丙烯酸或羟丙基甲基丙烯酰胺聚合。由此产生的聚合物自组装成聚合体，或称“聚合物胶束”，将丁酸酯侧链藏在其核心中，从而掩盖了该化合物的臭味和气味。研究人员将这些胶束施用于缺乏健康肠道细菌或正常功能肠道内膜的小鼠的消化系统。消化液在下肠释放丁酸盐后，惰性聚合物在粪便中被排出。该疗法恢复了肠道的保护屏障和微生物群，部分原因是增加了杀死有害细菌的肽的生产，这为有益的丁酸盐生产细菌提供了空间。最重要的是，当过敏性小鼠接触到花生时，给它们服用胶束可以防止出现危及生命的过敏反应。“这种类型的疗法没有抗原特异性，”曹世杰指出。“因此从理论上讲，它可以通过调节肠道健康广泛适用于任何食物过敏。”团队接下来的计划是在更大的动物身上进行试验，然后是临床试验。如果这些试验成功，并且美国食品和药物管理局（FDA）批准了这种口服治疗方法，那么这种胶束就可以以小包的形式在市场上销售；消费者可以撕开一包，并将内容物搅拌到一杯水或果汁中。在有关胶束的其他工作中，研究小组正在分析用口服疗法治疗炎症性肠道疾病的数据。科学家们还在研究通过注射给药。研究人...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307267.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307267.htm