自蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心成立以來
陸續(xù)有多位核心成員
入選國家重要人才計劃
團(tuán)隊也成為全球冰川微生物研究
領(lǐng)域排名前三的中國團(tuán)隊
冰川中的微小生命
解鎖氣候變化的秘密
蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊
深入極端環(huán)境
研究冰川微生物與氣候變化的關(guān)聯(lián)
探索其對生態(tài)系統(tǒng)的影響
展現(xiàn)了科研的堅韌與熱情
用勇氣和執(zhí)著丈量“三極”
珠峰科考負(fù)重跨越冰塔林|圖源：蘭州大學(xué)
青藏高原，這片被稱為“地球第三極”的神秘土地，不僅是冰川、凍土和河流的故鄉(xiāng)，更是微生物的“隱秘王國”。
隨著全球氣候變暖、冰川消融，不同歷史時期封存于青藏高原冰川的微生物可能會向下游釋放，這一現(xiàn)象是否會如同開啟“潘多拉的魔盒”般引發(fā)未知的風(fēng)險，已經(jīng)成為公眾普遍擔(dān)憂的問題，也是蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊一直關(guān)注的課題。
為服務(wù)國家重大科技戰(zhàn)略、推動學(xué)校事業(yè)發(fā)展，2021年5月27日，蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心成立。由中國科學(xué)院院士姚檀棟擔(dān)任主任，目前成員有劉勇勤、計慕侃、劉軍志、劉鵬飛、朱美林5位教授，4位青年研究員等70余位師生。包括生物地球化學(xué)循環(huán)團(tuán)隊和冰川變化及影響團(tuán)隊。
自中心成立以來，團(tuán)隊在科研和人才建設(shè)方面取得了顯著成就，陸續(xù)有多位核心成員入選國家重要人才計劃。團(tuán)隊也成為全球冰川微生物研究領(lǐng)域排名前三的中國團(tuán)隊。
團(tuán)隊?wèi){借長期研究積累，構(gòu)建了全球首個冰川微生物基因數(shù)據(jù)集，首次勾畫了冰川微生物基因全貌。該數(shù)據(jù)集包含來自青藏高原21條冰川不同生境30個門的3241種微生物，還包含了2500萬條以上的微生物基因。這是團(tuán)隊負(fù)責(zé)人劉勇勤在師從姚檀棟院士后，在其開辟的冰川微生物領(lǐng)域深耕多年的成果。發(fā)表于Nature/Biotechnology后，國際地球微生物組計劃負(fù)責(zé)人認(rèn)為該工作可為多學(xué)科研究提供支撐，是挖掘冰川微生物資源的寶庫，也是研究冰川在氣候變化影響下對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性影響的重要基石。
團(tuán)隊還首次恢復(fù)了高分辨率冰芯微生物與氣候變化記錄，揭示了三極冰川DNA病毒多樣性及其輔助宿主適應(yīng)環(huán)境機(jī)制等。相關(guān)成果發(fā)表在Sci-ence/Bulletin等國際頂級期刊上，研究工作推動了我國冰川微生物與氣候變化、冰凍圈生物地球化學(xué)循環(huán)的發(fā)展，為人類解決環(huán)境、能源和健康等重大問題提供了新思路。
“冰川中微生物的基因新穎性很高，尤其在毒素基因和抗性基因方面與已知的基因序列有比較大的差異。這種新穎性是否意味著更高的風(fēng)險？對于原本不致病的微生物或者下游生態(tài)系統(tǒng)的健康有什么影響？這些都需要我們進(jìn)一步評估。”計慕侃說。“在全球變暖冰川消融加速的大背景下，冰川中釋放的微生物對下游生態(tài)系統(tǒng)的影響是多方面的，除社會各界關(guān)注的病毒和致病菌引起的健康問題外，還有對下游河流、湖泊、土壤的碳氮循環(huán)及溫室氣體排放等多方面的影響，冰川微生物，這些在宏大的高原上是不為人所見、少被人所知的微小生物，但在全球氣候變化研究及青藏高原生態(tài)屏障建設(shè)中都具有重要的意義。”劉勇勤進(jìn)一步補(bǔ)充說。
中國科學(xué)院青藏高原研究所拉薩部分割敦德冰芯|圖源：蘭州大學(xué)
跨學(xué)科視野看“三極”
2021年3月，學(xué)校開始籌備組建泛第三極環(huán)境中心，引進(jìn)團(tuán)隊4位教授。“我們最早入職的四位老師之前與蘭州大學(xué)并無直接關(guān)聯(lián)，但在辦理入職手續(xù)等環(huán)節(jié)時，整個過程都非常順利。人才辦、人力資源部等部門都一路給我們開辟了綠色通道，以我們沒想到的速度解決了我們的入職和住處等相關(guān)問題，讓我們很快進(jìn)入科研狀態(tài)。”正如從美國科羅拉多州立大學(xué)加入蘭大的劉鵬飛所感慨的那樣，盡管人們常說“萬事開頭難”，但這次的開局卻格外順暢。
“學(xué)校把原來的教室改造成我們的實驗室僅花了三個多月的時間，我們在和不同的職能部門對接過程中，幾乎沒有遇到什么阻力，包括實驗室的裝修、儀器設(shè)備購置、水電改造都很順利而且速度很快。”
劉鵬飛覺得不可思議，實驗室從5月份開始啟動，8月份已經(jīng)投入使用。
中心的實驗室目前具備一流的實驗條件，包括200平方米冰芯凍土樣品庫和80平方米超潔凈空間，以及納米二次離子探針、質(zhì)譜儀、MAT253plus同位素分析儀等先進(jìn)儀器設(shè)備。
硬件設(shè)施的完備為團(tuán)隊提供了堅實的科研保障，也讓團(tuán)隊更有信心和動力去完成科研使命。
團(tuán)隊辦公室墻上掛著的泛第三極地區(qū)的地圖和冰川照片，也時刻提醒著團(tuán)隊成員肩負(fù)的使命——面向國家重大需求，探索三極極端環(huán)境多圈層物質(zhì)與能量循環(huán)及其與氣候環(huán)境變化的耦合機(jī)制，揭示全球變化對生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過程、生態(tài)安全和人類健康的影響。
也正因為這個使命，泛第三極環(huán)境中心的科研隊伍組建之初，就是一支多學(xué)科交叉的隊伍，其研究方向涵蓋了地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、大氣科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、微生物學(xué)等多個領(lǐng)域。
“過去，不斷細(xì)化的學(xué)科分類使得研究者們把地球分成很多個具體的‘小塊’深入研究，大氣科學(xué)專業(yè)的研究者研究大氣圈，水文學(xué)家研究水圈，生物學(xué)家研究生物圈，而現(xiàn)在，面臨越來越多綜合性問題，研究者要研究各個圈層的相互作用，把地球當(dāng)作一個整體來對待，才能更好地探索前沿科學(xué)問題，服務(wù)國家和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。”劉軍志介紹說。
“團(tuán)隊中每個人有不同的科學(xué)關(guān)注點，劉勇勤一直專注于冰川湖泊中微生物與氣候變化的關(guān)系，計慕侃關(guān)注冰川前緣土壤里的微生物與碳循環(huán)。劉鵬飛一直在研究厭氧環(huán)境的生物生存機(jī)制，他的研究核心主要是高寒濕地和沉積物等厭氧環(huán)境。我的任務(wù)是水文和碳氮循環(huán)模型，除了編寫代碼，還需去野外架設(shè)觀測儀器，觀測流量，采集河湖水樣測定碳氮含量用于模型驗證。青年研究員們各有所長，張蔚珍重點關(guān)注冰川的藻類生產(chǎn)力、毛冠男評估冰川微生物的生態(tài)安全風(fēng)險、余濤開發(fā)冰川微生物資源、幸贊品努力更準(zhǔn)確地刻畫凍土中的水和碳循環(huán)。”劉軍志熟練地介紹著團(tuán)隊內(nèi)大家的分工。
從冰川，到冰前湖，再到冰川前緣土壤，一直到冰川下游，團(tuán)隊在不同空間梯度上完成系統(tǒng)采樣，對研究地點進(jìn)行“全身掃描”。
“每個學(xué)者的研究方向不同，關(guān)注的點也不一樣，我們在共同完成青藏高原研究的‘拼圖’。”劉軍志總結(jié)道。
用勇氣和執(zhí)著丈量“三極”
科考工作是泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊探索“三極”微生物奧秘的關(guān)鍵一步。隊員們在科考前都會接受野外科考培訓(xùn)。雖然做足了理論準(zhǔn)備和心理準(zhǔn)備，但嚴(yán)峻的自然環(huán)境還是給師生們帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
身著厚重的防寒服，但寒意仍如針般刺入骨髓；缺氧帶來的頭痛如影隨形，每一次呼吸都像是在費力拉扯破舊的風(fēng)箱；凜冽的寒風(fēng)在耳邊呼嘯不止，裹挾著雪粒如利刃般割面；背著沉重的設(shè)備，在高低不平的冰原和崎嶇蜿蜒的山路間蹣跚前行，稍有不慎就可能陷入冰縫，身陷危機(jī)……這是泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊在野外科考時平常而又普通的一天。
以冰芯鉆取為例：冰芯是冰川研究的樣本，更是地球氣候變化的記錄者。為了能夠獲取完整記錄歷史氣候和環(huán)境信息，且具備污染較少、數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的冰芯，隊員們常常需要攜帶幾十公斤重的物資和設(shè)備前往海拔最高處的積累區(qū)進(jìn)行冰芯鉆取工作。且出于冰層穩(wěn)定性和設(shè)備散熱性能的考慮，科考隊員需要在寒冷的夜晚，徹夜完成冰芯鉆取工作。
鉆取冰芯|圖源：蘭州大學(xué)
“團(tuán)隊不少人的高原反應(yīng)還是非常嚴(yán)重，即使上過好幾次高原的人，頭昏腦沉、呼吸不暢、食欲不振的情況也非常普遍。但是我們能夠克服身體的不適，堅持按時按量完成科考工作。”計慕侃說。
憑借著“身體好、肯吃苦”，汪文強(qiáng)的野外能力在團(tuán)隊內(nèi)受到大家認(rèn)可，是年輕人中出野外時間最長的成員。參加科考工作以來，他從海拔2000米的“平原”挺進(jìn)6500米的珠峰，從最開始吃力吸氣到低氧下“順暢”呼吸，從負(fù)重為零艱難前行到負(fù)重30~40公斤正常行進(jìn)，從爬冰川耗時5個多小時到2個多小時……青藏高原的風(fēng)霜印記已經(jīng)深深鐫刻在了這個年輕人的身上，他也親切地稱呼它們?yōu)楸ā芭笥选薄?/span>
科考活動根據(jù)觀測目標(biāo)和站點遠(yuǎn)近及任務(wù)量大小，短則三四天，長則需要兩三個月。
為能夠?qū)崿F(xiàn)長期、連續(xù)的環(huán)境數(shù)據(jù)采集，泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊在學(xué)校的大力支持下，積極開展野外臺站建設(shè)。正在建設(shè)中的蘭州大學(xué)科學(xué)觀測中心臺站——察隅季風(fēng)通道多圈層變化過程西藏自治區(qū)野外科學(xué)觀測研究站將為團(tuán)隊的野外科考提供有力支撐。
察隅靜臥于青藏高原東南部的高山峽谷區(qū)。從1300米的溫潤谷地，到6000米的皚皚雪山，有完整的植被垂直帶譜。察隅的周邊是我國最大的原始森林，為碳匯研究提供了豐富的樣本。察隅還是印度季風(fēng)通道上的生態(tài)安全“哨兵”。季風(fēng)來臨的季節(jié)里，從南亞往青藏高原吹來的季風(fēng)，裹挾著各種污染物，察隅是它們踏上高原的第一站。
過去，李吉均、姚檀棟兩位院士曾多次深入察隅的阿扎冰川開展科考工作。阿扎冰川作為海洋性冰川，目前消融的速度異常之快，也為團(tuán)隊的研究提供了寶貴樣本。
如今，跟隨著前輩的步伐，泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊在察隅的不同海拔高度設(shè)立氣象觀測站，進(jìn)行氣象垂直梯度的觀測；穿梭在原始森林與山間谷地進(jìn)行系統(tǒng)的土壤采樣；奔赴阿扎冰川及周邊區(qū)域冰川對冰川系統(tǒng)進(jìn)行全方位觀測。
冰川冰前湖開展湖泊取樣工作|圖源：蘭州大學(xué)
探索“三極”的新生力量
泛第三極環(huán)境中心不僅是科研攻堅的主陣地，也是孕育人才的沃土。團(tuán)隊中一批又一批青年，帶著對前路的期待與好奇，搭載科考皮卡車登上了這片離天空最近的土地。
“從白天到黑夜趕路都是家常便飯。”這是2022級生態(tài)學(xué)專業(yè)碩士研究生張譯元拍攝的vlog里的一句話，而相應(yīng)的畫面，是趕路時拍攝的晚霞。
2023年8月，張譯元參與了為期兩個月零九天的湖泊大野外考察。從北拉鎮(zhèn)前往尼瑪縣時，為了及時趕到站點，團(tuán)隊顧不上休息，只得摸黑趕路。“夜路的黑暗和不確定性要求我們每個人都要保持每一秒的全神貫注，因此我們拿著對講機(jī)一路唱歌，甚至在雨中跳舞。這是來自團(tuán)隊的幸福感。”張譯元說。
“珠峰海拔極高，環(huán)境極其惡劣，可能前一秒陽光明媚，下一秒就狂風(fēng)暴雨。”
在張譯元入學(xué)的那一年，博士研究生劉陽已參加了“巔峰使命2022———珠峰極高海拔地區(qū)綜合科學(xué)考察研究”，那一年，她在珠峰大本營，度過了五四青年節(jié)。
當(dāng)時，團(tuán)隊每天都需要在珠峰不同海拔高度采集冰、雪、大氣、土壤、徑流、湖泊等不同環(huán)境中的微生物樣品，采集范圍最高達(dá)到6500米。“天氣冷，海拔高，含氧量極低，平時走路快一些都會喘，更別說拿著儀器采樣、負(fù)重。”雖然身體不適，但劉陽堅持了下來。
20天左右的科考活動，讓劉陽打消了對高原反應(yīng)的恐懼：“離開城市的喧囂和快節(jié)奏，更能讓自己冷靜、放松下來，也能更清晰地去思考自己的研究問題。”
中心非常重視對研究生的培養(yǎng)，雖然他們都是分布在各個學(xué)院，但是都在中心集中管理。“我們尤其重視在實踐中育人，學(xué)生每年都有大量的野外工作，學(xué)生通過應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境、團(tuán)隊合作和科研挑戰(zhàn)，在多方面獲得成長。我們的研究生目前已經(jīng)發(fā)表了多篇高水平的文章，取得了很好的成果。”劉勇勤自豪地說。
對于渴望深度參與泛第三極環(huán)境中心科研過程的本科生而言，“翱翔三極”英才計劃為他們敞開了一扇大門。
通過“翱翔三極”英才計劃選拔的學(xué)生可以提前進(jìn)入中心，在老師們的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，進(jìn)行科研訓(xùn)練。“項目的執(zhí)行周期為2年，從制定研究計劃，到中期檢查再到撰寫結(jié)題報告，都有中心的老師手把手地指導(dǎo)。”劉勇勤說。
2024年6月，2023級生態(tài)學(xué)院生態(tài)學(xué)專業(yè)的黃蕊蕊同學(xué)通過了“翱翔三極”英才計劃的選拔。她參加的是劉鵬飛老師指導(dǎo)的《產(chǎn)甲烷抑制劑對高寒濕地產(chǎn)甲烷過程和微生物群落的影響研究》項目。“劉老師在實驗開始之前就給我們推薦很多文獻(xiàn)，指導(dǎo)我們每周的文獻(xiàn)匯報，實驗過程中也幫助我了解一些基礎(chǔ)的微生物特別是產(chǎn)甲烷古菌的知識。”黃蕊蕊說。
正是因為參加了“翱翔三極”英才計劃，黃蕊蕊更加明晰了自己的學(xué)業(yè)規(guī)劃。
截至目前，“翱翔三極”英才計劃項目已經(jīng)有19個課題立項，共資助和指導(dǎo)53名本科生做自己喜歡的科研項目。
為普及生物地球循環(huán)知識，吸引更多學(xué)生關(guān)注泛第三極環(huán)境問題，中心于2024年春季學(xué)期開設(shè)了《生物地球循環(huán)》通識課。“《生物地球循環(huán)》的內(nèi)容是一個非常龐大的體系，由中心的各個老師共同完成授課，每個老師負(fù)責(zé)各自擅長的部分，我們也會邀請領(lǐng)域內(nèi)的頂尖專家，給蘭大學(xué)子們準(zhǔn)備了一份學(xué)術(shù)盛宴。”計慕侃介紹說。
團(tuán)隊希望這個課程可以為本科生打造一個接觸國際頂尖科研人員、知悉前沿科研成果的渠道，為他們未來的科研方向提供啟發(fā)和思路。
立足前沿，踐行“三極”使命
蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心的辦公室里，懸掛著一塊“第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究甘肅辦公室”的牌匾。
作為第二次青藏科考的重要參與者與推動者，蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心憑借其深厚的科研積累和專業(yè)團(tuán)隊，在科考進(jìn)程中承擔(dān)多項關(guān)鍵任務(wù)，為科考項目提供了前沿的研究思路、先進(jìn)的技術(shù)支持與海量的一手?jǐn)?shù)據(jù)，極大地助力了科考目標(biāo)的達(dá)成。
“第二次青藏科考是中心的重要工作。除中心的力量外，我們也組織了校內(nèi)外的優(yōu)勢力量來共同工作。”劉勇勤說。作為任務(wù)五微生物專題的主要負(fù)責(zé)人，劉勇勤帶領(lǐng)團(tuán)隊探查青藏高原上的各路“神經(jīng)”，對冰川、湖泊、土壤、河流等各種自然環(huán)境以及人體和動物腸道相關(guān)的微生物進(jìn)行深入調(diào)查。
在普若崗日冰原8號冰川末端進(jìn)行冰芯鉆取|圖源：蘭州大學(xué)
依托第二次青藏高原科考計劃，泛第三極環(huán)境樣品與數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有樣品5000余件，初步實現(xiàn)了青藏高原全域全生境覆蓋，包含青藏高原冰川、湖泊、河流、土壤等多圈層微生物測序數(shù)據(jù)和環(huán)境的數(shù)據(jù)超過1萬個，數(shù)據(jù)量達(dá)30T。
采集到的樣品會被分成兩大部分。現(xiàn)有技術(shù)方法可能無法揭示一些未被認(rèn)知的規(guī)律，因此，部分樣本會被先行儲存在冷庫中保存。“我們秉承二次科考的宗旨，讓科考的成果能夠留得下來、用得起來。”劉鵬飛介紹說。
在服務(wù)國家重大戰(zhàn)略方面，泛第三極環(huán)境中心團(tuán)隊不僅承擔(dān)了科考的任務(wù)，在《中華人民共和國青藏高原生態(tài)保護(hù)法》的立法的過程中，團(tuán)隊也積極參與其中。“相關(guān)部門向我們征集了建議，特別是在微生物領(lǐng)域，我們也積極提供了一些研究成果和思路為政策制定建言獻(xiàn)策。”劉勇勤介紹說。
2022年12月，聯(lián)合國大會通過決議，宣布2025年為國際冰川保護(hù)年，并將每年的3月21日定為世界冰川日，以此凝聚全球力量，倡導(dǎo)政策變革，推動切實可行的可持續(xù)保護(hù)措施落地，守護(hù)地球生態(tài)的關(guān)鍵防線。
第一個世界冰川日即將到來之際，泛第三極環(huán)境中心積極舉辦“2025國際冰川年：守護(hù)冰封瑰寶，共筑未來希望”科普作品大賽活動，旨在提升公眾對冰川重要性的認(rèn)知。
也在此時，“三極”上冰雪漸融、大地初醒，又快要進(jìn)入一年中的登山黃金窗口期。新一輪的機(jī)遇與挑戰(zhàn)在那片廣袤無垠的大地上等待著泛第三極環(huán)境中心的師生們繼續(xù)去探索。
內(nèi)容來源｜《蘭州大學(xué)報》
文字｜曲倩倩 卓與 馬瀾芯
編輯｜李永剛
校對｜曼孜拉
責(zé)編｜李暉
審核｜張北辰 肖坤 李暉
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