近年来，全球多地自然灾害频发，世界各国也因此蒙受巨大损失。自工业化以来，人类已经改变地球75%的土地和66%的海洋生态环境，人类活动“比以往任何时候都更威胁到其他物种”。怎样才能给承受巨大压力的地球生态系统“减负”？不同领域的科学家构建理论模型，探索人与自然之间的相互影响，寻找社会、经济、生态协调发展和可持续性发展的有效途径。他们基于生态环境承载力，谋划如何以更高的科技含量驱动产业高质量发展。本周相关研究成果迎来一个小小的爆发，既有海洋与气候领域的课题，也有关于农业种植结构的优化方案。期待更多领域的科学家在不同赛道上争先突围、攻克难题，携手实现人与自然和谐共生的美好愿景。
基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第四十一期。
1.天舟六号为何把宝贵的“船票”给了他们？
“流体柜”及在轨实验成果
5月10日，长征七号遥七运载火箭搭载天舟六号货运飞船奔向中国空间站。5月11日，天舟六号与空间站组合体完成交汇对接。中国空间站是我国重要的太空科研实验平台，各国科研人员都可以向飞船申请 “船票”，在太空开展更深层次的空间科学研究，我国航天事业也会迎来更多机遇。
在中国空间站建设期间，中科院力学所顺利完成梦天舱流体物理实验柜（简称“流体柜”）的研制任务。流体柜现已全面超越了国际空间站3个已有的专用流体实验柜的综合测试手段和能力，成为迄今国际上技术最完备、设备最先进的空间流体物理实验平台。
所以此次除了在太空中派送来自地球的“快递大礼包”之外，天舟六号还搭载了中科院力学所相关科研人员，他们还要开展3项实验，分别是：“微重力环状流振荡特征及转捩问题研究”、“空间三相多液滴迁移行为研究”和“大Marangoni数空间热对流的多次转捩及耦合波等问题研究”。这3项实验将分别在梦天舱流体物理实验柜和天舟六号舱外开展系列空间微重力流体力学开展。
别觉得这些“高大上”的科研离普通人的生活遥不可及，据统计，中国载人航天工程发展30年来，已有超过4000项技术成果被广泛应用于各行各业，惠及民生。安全气囊、锂电新能源汽车中的部件铜箔、太阳镜，这些你习以为常的东西都是航天技术在民用领域转化后的产品。从星辰大海到脚踏实地，航天技术的发展将持续照亮我们的美好生活。
2.《Nature》丨印度洋咸水输入大西洋导致两极冰盖融化，海洋环流的影响比你认为的大多了
人类对地球造成的影响究竟有多大、多么触目惊心呢？联合国发布的《生物多样性和生态系统服务全球评估报告》中提到，自工业化以来，人类已经改变地球75%的土地和66%的海洋生态环境，人类活动“比以往任何时候都更威胁到其他物种”。有科学家表示，由于人类活动导致的植物生存环境破坏、自然资源过度开发以及污染和气候变化，物种正以比过去快千倍的速度灭绝。
近日，中外科学家的一项关于海洋与气候的课题研究也提示我们不要忽视生态系统的脆弱性。他们利用莫桑比克海峡北部约40米长的深海泥沙岩芯，通过测量微小化石壳体中封存的化学指纹及数值模拟，重建了过去120万年来各冰期旋回的海水温度和盐度的变化。他们发布的论文称，随着冰期旋回周期性的海平面下降，印度洋海表盐度有规律的升高，并在盛冰期达到峰值后随着冰消期的爆发迅速下降。
论文的主要作者、中科院青藏高原所张旭研究员解释：“在冰期发展阶段，印度洋逐渐变成一个咸水库，储存着未被淡水稀释的高盐水，而在冰消期，位于南非南部的厄加勒斯洋流逐渐恢复，如同打开了咸水库的泄洪闸，使得高咸水快速涌入大西洋，促进了大西洋环流系统的恢复。”
目前，向北大西洋输送高温高盐水的洋流仍处于活跃状态，但随着全球温度的不断升高，两极冰盖的融化，北大西洋和南大洋海水不断被稀释，这可能导致该洋流的减弱，并引发一系列的气候连锁反应。
“我们的研究进一步证实了气候系统各部分是密切连接在一起的，牵一发而动全身。”主要作者圣安德鲁斯大学James Rae博士表示，“全球变暖造成的某一地区海洋环流及海水性质的变化可对地球另一侧的气候产生巨大影响！因此我们需要阻止全球变暖，防止这些关键环流系统的平衡被打破。”
3.《One Earth》丨把论文“写”在大地上，科学家给出农业种植绿色低碳转型路径和具体“施工图”
减排框架
我国是世界最悠久的农业国家之一，以占世界9%的耕地、6%的淡水资源，养育了世界近1/5的人口。但同时也要看到，水肥投入、农业温室气体排放和灌溉用水量持续增加引发的生态环境问题。如何达到高产高效，兼顾生产、节水固碳减排和经济等多目标，成为亟待解决的问题。
建设农业强国，利器在科技。中科院地理科学与资源研究所陶福禄研究组收集多源数据，综合应用统计模型与过程模型估算了中国地级市尺度上2014-2018年17个农业种植系统的净温室气体排放，发展了我国农业种植结构多目标优化框架，分别在地级市水平和省级尺度上开展了种植结构多目标优化。提出了兼顾生产、减排、节水和经济收入的中国农业种植结构优化方案。
据介绍，方案通过种植结构优化可以降低中国种植系统净温室气体排放7%-16%，在局部地区效果更加显著。其他生产、环境和经济效益也可同时得到不同程度的改善，包括区域的灌溉耗水量会有一定程度的下降，降低中国灌溉耗水量的5.3% ±1.6%，在华北平原可取得更大的节水成效，农民经济收入、作物生产和植物蛋白将获得一定程度的提升。
4.《Environmental and Experimental Botany》丨沙漠腹地风起沙落，毛茸茸的小家伙自有其生存之道
干旱增强过程中尖喙牻牛儿苗光合调节机理模型图
中国科学院新疆生态与地理研究所张元明研究员团队近期发布了关于尖喙牻牛儿苗的研究成果。
是的，没写错。牻（máng）原指黑白杂色的牛。尖喙牻牛儿苗，这种多年生草本植物是中国第二大沙漠古尔班通古特沙漠早春时节草本层生物量的主要贡献者。这句话翻译过来就是，这个毛茸茸的小家伙既是固沙“神器”，又是短命植物界的“扛把子”。所谓短命植物，指的就是生长于干旱荒漠地区，能利用早春雨水或雪水，在夏季干旱到来之前即可完成生长开花结果等生活周期的一类植物。
能在极度缺水、多风沙的环境中存活并成为优势物种，尖喙牻牛儿苗自有其独特的生存策略。尖喙牻牛儿苗的果实由羽毛状附属物（带螺旋结构）和种子（尖如牛角）这两部分组成。种子落在地面上后，羽毛状尾部提供重力，解螺旋的力量帮助种子顺利扎根土壤/沙面，种子就像钻头一样狠狠往土里钻。当土壤含水量和温度合适时，尖喙牻牛儿苗的种子可以迅速萌发并完成生活周期。
研究团队在野外生境下对尖喙牻牛儿苗进行持续干旱处理，结合叶绿素荧光及生理生化手段连续监测其光合动态调节过程，逐步拆解其生存“绝活儿”背后的原理，探究出干旱时尖喙牻牛儿苗快速生长完成物质积累的光合基础——在干旱初期，尖喙牻牛儿苗的气孔导度并未降低甚至有所增强，从而可在较低水分状态下仍维持气孔调节。这一现象与氧化还原位点PQ活性密切相关，PQ的氧化还原态可作为干旱初期短命植物气孔开放的早期信号。而抗氧化酶对活性氧的清除作用和非光化学淬灭两种光保护途径有助于干旱初期PQ还原态的维持，进而调节干旱初期光系统活性的稳定，短期内提高碳同化能力。
5.《Immunity》丨再来挖一挖免疫领域这个“顶流”的秘密
cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes (简称cGAS-STING通路) 是负责识别胞质DNA免疫应答的主要通路，是感染、细胞应激、组织损伤等过程的关键部分，该通路功能异常可能引发多种疾病，如感染性疾病、自身免疫病、肿瘤、器官纤维化、神经退行性疾病等，而研究它的相关原理可以用来设计疫苗佐剂、抗癌免疫等药物，其重要性可想而知。因此cGAS-STING成了近年来生命科学研究领域最火的通路类别。
近日，北京大学生命科学学院/北大—清华生命科学联合中心的蒋争凡教授实验室，关于天然免疫的细胞信号转导机制的研究成果，又给STING蛋白刷了一波存在感：合成酶PI4KB通过合成PI4P（phosphatydyinositol 4-phosphate）促进STING从高尔基体到内体的转运及维持STING激活所需要的脂膜环境，从而帮助STING更加稳定高效地激活。据称，该研究还提示，STING作为一个潜在的细胞脂质稳态感受器（lipid homeostasis sensor），可能是细胞内的一种新型危险信号感受器。
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发表于 2024-3-11 14:12:32
