环境

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深海珊瑚发光之谜

光是影响光合生物群落结构的基本因素。在海洋中，根据光照的强度不同，光合生物存在组成和密度上的梯度变化。虫黄藻珊瑚是海洋中生产力最高的生态系统之一，从浅水到深水都有分布。它们贫瘠的热带海域的成功归功于与虫黄藻的共生。珊瑚群落的深度结构主要依靠光的驱动，光合作用是珊瑚生物学的基本组成部分。通过转移光合产物，虫黄藻与珊瑚的共生体可以满足超过90%的能量需求。很早以前，科学家就注意都，在浅水中，这种生物体会发出绿光，而这是通过将荧光蛋白质作为一种"防晒霜"所形成的。这些蛋白质能够吸收有害的紫外线并重新释放出绿光，同时保护与它们共生的藻类——这些藻类通过光合作用提供了珊瑚生长所需的大部分能量。2015年，研究者发现栖息在海洋深处的珊瑚也会发出荧光，这一次是一些鲜艳的黄色、橙色和红色光线的集合。其中一些生物生活在水下165米的深处，只有很少的阳光能够照射到这里，并且大部分光线位于光谱的蓝色区域。因此，研究者怀疑这些珊瑚发光可能另有原因。经过研究发现，深海珊瑚利用一种荧光蛋白最大限度地制造少量光线以供栖息在这里的藻类进行光合作用。换句话说，深海珊瑚和它们的浅海亲戚出于相反的原因而发出了荧光。研究表明，蓝光对于光合作用更有用，但红光更能穿透到珊瑚的组织中。因此，珊瑚使用一种红色的荧光蛋白将蓝光转换成橘红色光的波长。这就意味着此类光线能够接触到更多的生物体共生藻类，从而帮助珊瑚通过光合作用生成尽可能多的养分以供生存。为了对自身至关重要的光合作用伙伴的利益，珊瑚需要特殊的功能来调节这些低光照度的生活。这一发现显示了珊瑚和它们的海藻伴侣之间的共生关系是多么的复杂。（Proc.R.Soc.B 2017，284:20170320.）

帝企鹅或在本世纪末消失

憨态可取的企鹅人见人爱。在企鹅家族中，以勇敢地面对南极严寒的冬天而著称的帝企鹅尤为出名，但它们可能无法面对气候变化的残酷现实。此前研究表明，使海冰融化的快速变暖的大气和海洋温度可能导致帝企鹅数量到2100年骤降19%。近期，研究者利用了此前从南极地质学群岛收集的数据，以及揭示关于其行走和觅食行为信息的企鹅栖息地卫星图像。该模型预测，未来20年，企鹅数量将保持稳定，甚至可能随着它们迁移到更加宜居的地方而有所增加。2050年后，企鹅数量开始全面下降。尽管种群衰减的速度可能各不相同，但到2100年，几乎所有帝企鹅可能都会消失。（Biological Conservation 2017,212：63-73）

植物应答干旱胁迫新路径

干旱严重影响植物生长发育和农作物的产量。为了对抗这一威胁，植物在长期进化过程中，形成了适应或抵抗干旱胁迫的复杂调控机制。有研究发现，当干旱来临，植物细胞能感知到干旱的信号，它会让转录因子在细胞核中启动抗旱基因的表达，来抵抗干旱对自己的生存压力。近期，研究者发现了一种新型的NAC转录因子。NAC转录因子为植物特有，它涉及多个生长发育和胁迫应答过程，功能多样。新发现的这一NAC转录因子，其本身结构并不能让它"定位"在细胞膜上。但是，在被一种软脂酸（十六烷酸）修饰后，它能通过疏水作用力锚定在细胞膜上。那么，这种转录因子是怎么去往细胞核"搞事情"的呢？关键之一在于一类特殊的硫脂酶。干旱到来时，硫脂酶蛋白能将转录因子NAC和软脂酸之间的硫酯键切开，这样一来，释放了的转录因子就进入了细胞核。之后，它启动调节细胞内氧化还原平衡的一种关键物质表达，帮助植物抗旱。这种植物抵抗干旱胁迫的方式在黄花苜蓿、截形苜蓿、大豆、拟南芥等植物中存在，是一种普遍现象。它揭示了一条植物应答干旱胁迫的新路径，为植物抗旱育种提供了新思路。（The Plant Cell 2017,doi:10.1105/tpc.17.00044）

臭氧层新杀手

臭氧层（地球生命免受太阳紫外线辐射的高海拔氧分子层）在过去10年间一直在恢复。但一种新发现的威胁可能延迟其恢复。研究者发现，过去几年，溶剂、油漆去除剂和药品生产中经常使用的一种化学物质的排放已经达到原来的两倍，这将会导致南极洲的臭氧层恢复延迟5至30年，如果该化学物质水平继续增长，未来恢复期甚至可能更长。这种受质疑的物质是二氯甲烷，其自然界来源极少，因此近年来其排量的增加可能来自于人类。从2000年到2012年，平均来看二氯甲烷浓度增加了。在全球范围内，从2004年到2014年，二氯甲烷浓度增长接近原来的两倍，据推测，目前二氯甲烷排放为每年约100万吨。像含氯氟烃和其他破坏臭氧层化学物质一样，二氯甲烷在遇到阳光时会分解。氯原子被释放后会消除任何与其发生相互作用臭氧分子。1987年，《蒙特利尔议定书》达成对生产和使用含氯氟烃以及许多与工业化国家相关的化合物的禁令，但却忽视了二氯甲烷，因为研究者认为它不能原封不动地在大气中停留足够长的时间从而到达同温层。然而，现在的研究证据表明，该分子能够抵达同温层的较下方，其中包括臭氧层，其高度距离极地8千米。为了测量二氯甲烷对高海拔臭氧层目前以及未来的威胁，研究者采用了计算机模拟。2016年，他们的分析表明，南极洲约3%的夏季臭氧流失源自于二氯甲烷。该数量看似较小，但2010年，该物质对南极洲夏季臭氧流失的1.5%负有责任。如果二氯甲烷排放继续以过去10年的速率增长，那么臭氧空洞的恢复将会推迟30年。但如果二氯甲烷的排放维持现有水平，臭氧空洞的恢复将会仅仅延后5年左右。不包括二氯甲烷的模拟表明，到2065年，南极洲高海拔地带将会恢复到1980年前的水平，含氯氟烃气体和其他破坏臭氧层的化学物质的浓度则被认为是一个问题。（Nature Communications 2017，8:15962）

气候变化加剧美国经济不平等

毫无疑问，全球变化是是目前威胁人类健康发展最大的威胁之一。为量化分析到本世纪末气候变化对美国的影响，研究者利用数学模型对美国经济进行了2.9万次模拟，分析了1981年至2010年间高温、降雨变化、海平面升高和飓风增多等对农业、犯罪、健康、能源需求、劳动力和沿海社区6项关键经济因素的影响。结果显示，相对贫穷和易受高温影响的美国南部和中西部地区遭受经济损失的风险最大。例如，高温会增加犯罪或引发玉米减产，但它也可以降低寒冷导致的死亡人数。而且，气候变化更有可能增大美国不同地区间的贫富差距，加剧经济不平等问题。如果现有全球变暖趋势继续，那么到本世纪末，美国最贫穷的1/3县承受的经济损失将可能多达其收入的20%；相反，较富裕、不易受高温影响的美国北部以及西部一些地区可能会有小幅经济增益，原因是农业收入增加、能源需求减少以及健康情况改善。例如，大西洋沿岸地区会因上平面上升和飓风频袭付出惨重代价，而持续高温对农业的毁灭性打击，以及不断攀升的能源需求，也会严重影响南部和中西部地区的社会经济。不过，与此同时，北方和西北各州的经济可能会因气候变暖而受到温和的推动——由于严冬变短，农业产量上升，而在家庭抵御严寒的能源需求也减少了。总体而言，气候变化会让美国农业平均产出减少约9%。全球平均温度每增加1摄氏度，美国每10万人中的死亡人数会增加约5.4人，让美国国内生产总值平均减少1.2%。（Science 2017，356：1362-1369）

恐龙灭绝时地球黑暗两年

大约6600万年前，一颗直径10公里的小行星撞击地球，导致白垩纪-古近纪生物大灭绝事件，曾经的陆地霸主恐龙就此消失。近期的一项研究显示，此次撞击引发全球性大火，大量烟灰进入大气层，最终在地球上空形成一层屏障，让地球陷入长达近两年的黑暗。估计当时有150亿吨烟灰进入大气层，阻挡了超过99%的阳光到达地球表面。一开始天空黑暗恍如月夜，随着时间的推移，天空渐渐变亮，但植物至少有18个月时间无法进行光合作用。由于地球上大多数植物已被撞击引发的大火焚毁，受黑暗影响最大的应该是海洋浮游植物，它们位于海洋食物链的最底层。在浮游植物因无法光合作用死亡后，连锁效应最终导致许多海洋生物灭绝。此外，即便按只有50亿吨烟灰进入大气层计算，地球也需要一整年时间才能恢复可供植物光合作用的条件。在这种情景下，地球陆地气温可能下降了28摄氏度，海洋表面温度则可能下降了11摄氏度。由于烟灰会吸收阳光，所以大气层中的同温层温度变得很高，导致大量臭氧损耗，同时存储大量水蒸气。这些水蒸气发生化学反应产生氢化合物，导致臭氧进一步消耗。在烟灰被清除后，臭氧损耗将使得破坏性剂量的紫外线抵达地表，可能进一步对生物造成危害。分析显示水蒸气一旦开始清洗大气中的烟灰，这个过程就很快。当烟灰随水蒸气落回地球，高空大气层气温开始下降，结果导致水蒸气冷凝成冰粒子，这又进一步清洗掉更多的烟灰。在这种气温下降导致降雨、降雨导致气温下降的循环作用下，薄薄的烟灰层在几个月内被清洗一空。（PNAS 2017，www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1708980114）

人类活动影响大型食肉动物进食行为

生态学家越来越意识到，恐惧会改变生态系统。例如，捕食者的恐吓会改变猎物的行为，而这又对其他物种产生连锁反应。曾有研究显示，美洲豹会在人口更加密集的地区杀死更多鹿，但原因一直不明。为此，研究者设计了一项试验，以观察人类的出现是否会令美洲豹感到恐惧并且影响它们的进食。在该地区，人类是导致美洲豹死亡的首要原因。它们可能因吃掉山羊被杀死，或者被车辆撞死。历史上，美洲豹也一直在遭受猎杀。研究者在圣克鲁斯山中最近有美洲豹猎食的地方设置了运动传感器、扬声器和摄像机。当美洲豹来觅食时，扬声器会播放一段脱口秀剪辑或者太平洋树蛙的叫声作为对照。在针对17只美洲豹开展的29次试验中，当有人类声音被播放时，它们在83%的测试中逃走。对树蛙声音作出的回应仅出现过一例。如果美洲豹听到人类声音，它们会花费更长时间重新捕杀猎物。这种恐惧反应似乎对美洲豹的主要猎物——鹿来说是个坏消息。（Proc.R.Soc.B 284:20170433.）