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科学家揭示细菌细胞分裂的全新机制

5月18日，中国科研团队在细菌细胞生长分裂领域获得重要进展，研究成果于近日在国际权威期刊《自然·微生物学》杂志发表。

在现代定量微生物学领域中，“SMK生长法则”是首个被发现的定量规律，与“恒定起始质量假说”相辅相成，形成的研究思维范式主导了细菌细胞周期相关研究领域长达半个多世纪之久。为了深入探索细菌细胞分裂的机制，中国科学家对两大法则进行了验证并获得重大突破。

历时3年多，科研团队选取超过30种培养基开展实验，是迄今为止在有报道的类似研究工作中选用培养基种类最多、覆盖生长速率范围最广的一项研究。在数百次取样，测定数千个定量数据后，细菌细胞的生命周期逐渐清晰起来。研究结果显示，尽管细胞的平均大小随着生长速率增大，但数据却与“SMK生长法则”提出的定量公式不符；此外，假说中认为细胞DNA复制前的恒定比值也并非一成不变，而是根据生长速率的升高，呈现先上升后下降的变化趋势。这说明奠定现代定量微生物学研究领域的两大法则可能并不准确。

除修正了原有的两大法则外，基于新的实验数据，在此项研究中科研团队还发现了适用于所有生长速率的全新规律，明确了DNA复制到细胞分裂的时间间隔与生长速率间的关系，进一步发现了细胞大小、复制分裂间隔、生长速率三者间的关系，并将其命名为“个体生长分裂方程”，为该领域的研究提供了全新的思考模式。

揭秘塔克拉玛干永久沙漠形成

通过中国科学院院士安芷生主持的大陆环境钻探项目获取的塔里木盆地1000米的岩芯，中国科学院地球环境研究所、香港大学、中国科学院地质与地球物理研究所、兰州大学相关研究人员合作开展研究。他们通过岩芯碳酸盐碳氧同位素和粒度记录揭示了塔克拉玛干沙漠700万年（Ma）以来的详细沙漠化历史。为黄土高原粉尘来源及构造和气候双重控制下的亚洲内陆干旱化过程提供了新证据。相关成果近日发表在Geology上。

塔克拉玛干沙漠

研究结果表明，大约4.9Ma之前塔里木盆地还存在间歇性的湖泊群，气候明显比当代湿润，证实了周围山体的隆起扩张对水汽的阻隔作用。湖泊群消失后，塔里木盆地仍然交替出现风成沙丘、河流相和浅湖相沉积，并持续了很长一段时间直到0.7Ma。塔克拉玛干沙漠的最后永久性沙漠形成在0.5Ma～0.7Ma，响应全球中更新世气候转型时期的气候变化。青藏高原山地冰川的出现和大气环流的变化，可能控制了中更新世转型以来亚洲内陆永久沙漠的形成和极端干旱化。碳酸盐碳氧同位素和粒度记录揭示了塔克拉玛干沙漠7Ma以来的详细沙漠化历史。

同时，通过与黄土记录的对比，他们还发现中更新世转型以前塔里木盆地与黄土高原呈现相同的干湿气候变化特征，但在中更新世转型以来塔里木盆地干旱化加剧与黄土记录的东亚季风增加揭示干湿变化呈反向发展趋势，该研究成果可能为理解东亚季风演化和西部干旱化的耦合关系提供新思路。

研究发现植物气孔开闭调控新机制

为适应环境的影响，植物的气孔会经常开闭，这对于植物平衡光合作用中二氧化碳的摄入和蒸腾过程中水分的释放是很重要的。但植物气孔开闭调控的机制仍在深入研究中。

日前，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、中国浙江大学的一个联合研究团队发表在《植物细胞》杂志的一篇综述论文指出，葡萄糖是保卫细胞（植物气孔的两个“唇”）中主要的淀粉代谢产物，并且在蓝光诱导的气孔开放过程中，葡萄糖是气孔的主要能量来源，这一发现有助于揭示植物气孔开闭调控的新机制。

保卫细胞中的淀粉降解是蓝光诱导下气孔打开的标志之一。为了研究这一现象，研究团队利用了淀粉降解双突变体amy3-bam1。在淀粉降解双突变体amy3-bam1中，蓝光诱导的穿过保卫细胞质膜的氢、钾和氯等离子转运并未发生改变，这表明淀粉降解产物不会直接影响保卫细胞运输离子的能力。

长期以来，人们认为淀粉降解产生的碳骨架可用于合成苹果酸，并且苹果酸含量变化与保卫细胞原生质体体积有关。然而，该研究发现，amy3-bam1双突变体的保卫细胞中苹果酸的浓度与野生型相似，并未发生明显的改变；而葡萄糖的水平却显著降低。这表明葡萄糖是保卫细胞中主要的淀粉代谢产物，并且在蓝光诱导的气孔开放过程中作为主要能量来源。

同在《植物细胞》杂志发表的来自美国密歇根州立大学的Anne Rea评述论文指出，此前的研究者们一直持有的观点，是保卫细胞淀粉被分解成糖，并转化为苹果酸盐。但中瑞联合研究团队的研究发现，挑战了关于保卫细胞代谢与离子转运之间关系的一些早期假设，并最终挑战了气孔开放动力学。

生物因子调控喜马拉雅高山树线变化速率

高山树线是树木分布的海拔上限，对温度变化具有潜在的敏感性。在气候变暖背景下，树线趋于向高海拔迁移。在喜马拉雅山区连续分布着高山树线，它是指示气候变化对高寒生态系统影响的敏感生态过渡带。然而，多年来，人们对该地区高山树线变化了解十分有限。

已有研究显示，树线上升对于温度的响应并不是线性的。那么，除气候因子外，生物因子是否也调控树线变化速率？

近日，中国科研团队通过合作探究揭示了种内关系也是调控喜马拉雅山中段树线爬升速率的重要因子，这深化了对高山树线变化驱动机制研究的理论认识。相关研究成果发表于《生物地理学》。

喜马拉雅山

生物因子可分为种内关系和种间关系。研究人员基于喜马拉雅山中段树线样地网络调查发现，树线上升速率不仅受降水和种间竞争限制，还受种内关系影响。随着降水减少，树线幼苗趋于集群分布，且集群强度与树线爬升速率显著负相关，即树木之间相邻距离越大，爬升速率越快，反之爬升速率越慢。其中，34.7%的树线爬升速率由树木集群分布强度决定。这表明，温度与降水的交互作用影响幼苗集群分布状态，进而调控树线爬升速率。

研究人员表示，该研究展示了局域尺度上气候和非气候因子如何驱动大空间尺度树线格局。从种内关系的视角解释了树线变化的空间差异，量化了生物因子对树线变化的影响，解释了树线变化对气候变暖的滞后效应。

生命起源或与超临界二氧化碳有关

近年来，地球生命起源与初始有机质形成一直广受关注。生物学研究表明，超嗜热菌很可能是地球上生命的共同祖先，因此热液系统一直被认为与生命起源密切相关。但是热液流体中缺少合成氨基酸的关键元素——氮，这是早期生命起源于热液假说最致命的问题。

近日，中国科学家通过合作首次在热液系统观测到自然状态下超临界二氧化碳流体的喷发。此次观测到的超临界二氧化碳中含有大量氮气和有机组分，为生命起源以及初始有机质的形成提供了新的启示。相关研究成果以封面文章的形式发表在《科学通报》上。

超临界二氧化碳流体大量富集氮气，为早期地球从无机到有机的过程提供了绝佳的反应介质。近期有实验表明，在超临界二氧化碳和矿物的参与下，从H2OCO2-N2体系中可以合成4种氨基酸，包括丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸和精氨酸。

由此科学家提出了一个新的早期地球生命起源模型。月球形成后的几百万年间原始大气逐步形成，此时的原始大气中含有数百大气压的水蒸气和二氧化碳，以及氮气等。在原始海洋形成后，当温压条件大于31℃和7.3MPa时，二氧化碳将以超临界流体相态存在，因此在地球表面存在超临界态的二氧化碳层。在水圈与大气圈的交界面上，氮气和矿物微粒可以被稠密的超临界二氧化碳所吸附。超临界二氧化碳、水、氮气在矿物颗粒的催化下，形成了初始的有机物氨基酸等物质，从而完成了从无机到有机的转化，并产生了生命体必需的氨基酸等有机大分子。