NERC“推进科学前沿”计划资助5项环境与地球科学关键问题研究

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2021年9月13日，英国自然环境研究理事会（NERC）宣布投资800万欧元，为5项高风险和创新性的“推进科学前沿”计划提供资助。这是NERC首次推出此类计划，旨在促进真正冒险和雄心勃勃的科学，并开发新技术和方法。项目资助周期为3～4年，涉及领域主要包括地球宜居性历史、表观遗传学的意义、钙化光合作用、海洋生态系统及碳排放、地球分层系统。

NERC研究与技能部副主任Robyn Thomas表示，这些高度创新的研究项目可以促进对环境和地球科学基本问题的认识，并将产生重要的科学突破。 “推进科学前沿”计划旨在鼓励和资助英国最杰出的环境科学家领导风险更大、更具变革性的研究。英国科学部部长Amanda Solloway称，如果英国要领导世界实现科学突破，那么就必须通过推进高风险、高回报的研究，允许最具有开拓性的科学家和研究人员探索未知领域，以确立英国作为全球科学超级大国的地位。

（1）热液喷口是否促成了早期地球的宜居性？

主持机构：圣安德鲁斯大学

项目将研究一个基本问题：早期生命是如何维持的。一些证据表明，深海热液喷口提供的营养物质可能孕育了地球上最早的生命。

为了验证这一假设，圣安德鲁斯大学研究人员将开发一种新的热液反应室，重现热液喷口的压力和温度条件，并引入不同的环境介质：气体（N2、CO2、CH4）；液体（盐水、淡水）；不同磷酸盐相；催化矿物（磁铁矿、硫化物）。这将有助于理解其他行星上的火山活动在理论上是如何维持生命的，包括火星和木卫二。

（2）表观遗传学在进化中的作用

主持机构：谢菲尔德大学

谢菲尔德大学研究团队将对表观遗传学进行首次全面研究，表观遗传学旨在揭示环境因素如何在改变生物的基因方面发挥作用。研究人员将追踪外赫布里底群岛圣基尔达赫塔岛的野生索艾羊 (Soay Sheep)数量。野生索艾羊已在苏格兰的圣基达岛上与世隔绝、毫无拘束地生活了上千年的时间。 处于这种环境下的索艾羊是研究自然进化的绝佳材料。岛上的环境条件具有挑战性，这意味着自然选择足够强大，足以在研究过程中见证和测量进化变化。该项目将调查表观遗传效应最常见的形式，即甲基化。

（3）颗石藻钙化的光合基础

主持机构：牛津大学

单细胞生物颗石藻每年在海洋中产生超过10亿吨的碳酸钙。这些海洋微生物为海洋生态系统提供了基础，是海洋碳循环的主要参与者。海洋表面碳酸钙的生成影响海表对大气中二氧化碳的吸收。这些碳固定细胞产生的致密碳酸钙矿物，促使其下沉到深处，并将大气中的二氧化碳带到深海中储存起来。这是现代碳循环的基本组成部分，但尚不清楚什么限制了碳酸钙的产量，因此也不知道这种成分将如何影响未来海洋的二氧化碳吸收量。通过与跨学科团队合作和使用开创性技术，研究团队将开展以下2个方面的工作：第一，将颗石藻化石所记录的其生理学特征与当前培养的细胞进行比较，以确定它们是如何适应数百年到数百万年的环境变化的；第二，通过现代与过去的生物分子证据，研究颗石藻光合作用及其钙化间的直接联系、其基因的适应性以及化石的同位素组成。

（4）海洋生态系统不稳定与碳输出（海洋前沿）

主持机构：东安格利亚大学

项目旨在建立地球海洋生态系统稳定性的极限，以前所未有的规模开展建模研究。海洋微生物生活在海洋表面，一旦它们死亡或被吃掉，有机物就会沉入海底。这是调节气候的一个重要过程。因此，了解微生物死亡的原因以及病毒、微塑料和早期生命周期的作用至关重要。生物体的寿命很短，因此死亡率的变化会对海洋生态系统产生重大影响。然而，到目前为止，死亡过程很少受到关注。利用新技术所产生的数据，包括海洋浮游生物成像，研究人员将开发和使用一个全球生态系统模型，以更好地了解海洋生态系统是如何受到多种压力源的影响，包括: 气候变化、海洋酸化、塑料微粒污染、人类渔业活动。将测试生态系统在极端条件下的稳定性极限。

（5）地核分层系统

主持机构：利兹大学

确定地球磁场的起源对了解行星的宜居性及其演化至关重要，并被公认为地球科学的基本目标之一。数十亿年来，地球磁场始终在保护地表环境不受太阳辐射的影响，而现在则有助于减轻空间天气事件对地球的影响。空间天气事件会对电信系统和电网造成严重影响。由于缺乏基础物理学的支持，现行地核标准模型无法解释地震学和地磁的关键观测结果。研究人员认为，上述观测结果可以通过将地核看作一个耦合层系统来解释，每个层都有其独特的动力学。为了验证这一假设，研究人员将开发一种新的地核模型，这需要对现有计算机代码和算法进行重大改进。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2021年第18期，刘文浩 编译。