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出海!
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刘云 2020年12月05日
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公共事务部

今天,一艘“沈括”号从深圳起航,经南海,一路直奔马里亚纳海沟。

马里亚纳海沟,是目前人类所知的海洋最深处,已探知深度在11000米左右,被称作“挑战者深渊”。

这一次,“沈括”号上的科考团队目标很明确,携带了两台万米级复合型无人潜水器,向着“挑战者深渊”进发。


万米级复合型无人潜水器


船上的总指挥,是西湖大学工学院讲席教授崔维成,他带领了由上海海洋大学深渊科学技术研究中心、西湖大学组成的科考团队及船员共40多人,再次去探寻海洋的秘密。


崔维成


地球表面71%的面积被海洋覆盖,而人类对海洋永远充满着好奇。一万米下的海水里,还有没有鱼?“挑战者深渊”的最大深度是否会超过11000米?海底有没有可能“藏”着地球的生命起源?古往今来,数不清的科学家想到海洋里,去探索海洋深处的生命。

数次前往马里亚纳海沟的崔维成,这一次,将用两台万米级复合型无人潜水器,去探寻这里的海洋生物、海洋生态、海洋地质,这对了解地球生命起源,促进海洋环境保护,特别是改进地震预报,有重要作用。


万米级复合型无人潜水器


这一趟出海,崔维成老师在西湖大学发出一张“邀请函”,请全校师生自主报名,不限学院、不限专业,只要研究项目和海洋有关,都欢迎上船!让这一趟的航次,发挥它最大的科考价值和作用。

最终,有来自四个不同实验室的五位博士后、博士生,报名成功。他们都很年轻,最小的一位出生于1996年;他们都没有出过海,有一位连游泳都不会。

但每个人都说“这个机会实在太难得”,去一趟可以带回来的样本、数据“不要太多哦”。


西湖大学小分队,出发!


所以,这不单单是深海潜水器的海试之旅,更是西湖大学学科交叉的科考之旅。

在出海前,我们也采访了这些第一次出海的博士后、博士生,一起来看看,搭上“沈括”号的他们,这一路都要做些什么。


海里究竟有多少微生物?

工学院鞠峰实验室黄昕瑜


黄昕瑜


作为实验室唯一代表,机会实在太难得!这一趟海沟之旅,我除了要完成自己的课题采样,还会协助同学采集样本。

所以,接下来这一个月的每一天,我都排得满满当当了。

每天7:30起床,8:30开始工作。第一个先准备大气采样,我带了一台气泵,每天抽取海面上的空气,用来研究大气微生物。气泵一天要早中晚换三次滤膜,上午9点、下午4点各一次,晚上10点再一次,每天两张滤膜样本、一张空白对照样本。

在给气泵清洗、换膜以外的时间,我还会采集海水样本、收集海水中的微生物,做不同的处理后,低温保存采集的样品。

这些海水、微生物样本,有什么用?简单来说,我们可以通过海水样品的分析,判定深海是否可能存在持久性的化学微污染物。

通过微生物样本的核酸提取与测序,以及生物信息学分析,来探索微生物多样性、功能和环境适应性等基础科学问题。

通过对测序数据的深度挖掘,我们还能围绕例如抗生素耐药污染这一全球性健康与环境问题,揭开深海环境中的抗性基因的种类、丰度和表达水平。


除了海水,还有收集海洋病毒颗粒,我们会把海水一层层过滤,给海水加氯化铁絮凝再过滤,各种各样的病毒颗粒就会集结在滤膜上,把滤膜低温储存后带回来做DNA提取,测序后可以做数据挖掘。


另外,我还跟郑钜圣实验室的马越,有一个合作项目,我们将在此次航行过程中持续采集船上不同部位的环境微生物,合作探究人体内、体表的微生物和环境的关系。


海上的我们,身体会有变化吗?

生命科学学院郑钜圣实验室马越

马越


这一趟出海,有20个小伙伴愿意当志愿者。这一路,我会监测、记录他们的健康状况。

每过几天,收集大家的粪便、尿液、舌苔、皮肤微生物等,同时做问卷调查,内容包括睡眠质量、情绪变化等。如果有人生病,那就对病情做详细记录。

环境采样也要做,大家生活的地方比如船舱、餐厅、卫生间,工作的地方比如甲板等等,做环境微生物取样分析。

为什么要做这些?简单来说,可以探究人体微生物和环境的关系。

船上的环境和陆地是不一样的,在航海过程中会出现各种健康问题,比如晕动病、消化功能障碍、疲劳、口腔溃疡等。

就拿晕动病来说,伴随头晕、出冷汗、恶心呕吐等症状,有些船员不止在船上,甚至回到陆地上了还会一直头晕。那么,这些症状会不会和肠道菌群有关系?具体有多大的关联?在船上这一个月,我会监测身体各个部位的菌群动态变化。


出海后,马越负责监测、记录志愿者的健康状况。


另外,20位志愿者有长期在海上的船员,也有临时出海的科研人员,那大家的身体在这一个月里受到的影响是不是一样大的?也会做一组对照。

如果说能就此有些发现的话,那以后对长期航海的船员来说,可能对他们的身体健康会有很大的帮助。


藻类最喜欢哪一片海域?

生命科学学院李小波实验室郭康宁

郭康宁


和我一起出海的,有十几种不同的藻类,这一次我要在大海上培养它们。

为什么是藻类?

就拿硅藻来说,这次也带了它,它们贡献了全球二氧化碳固定量的20%,每年有近200亿吨有机质产生。它们长得很有意思,每一个细胞住在一个玻璃做的外壳里,并且在进化上它们不同于常见的动、植物,是比较独特的一个群体。



培养它们,简单来说是把不同海域的海水、不同深度的海水,都拿来培养带去的藻类。对于实验取样的海域,要记录其光照、温度、海水营养等等信息,就好比给藻类的“家”做好登记,再让它住进去,看它是不是住得惯。

在不同海域培养后,我们会把藻细胞快速的浓缩收集起来,然后冻存,相当于给这群细胞在当时的状态拍了个定格照,返航回到实验室后,再对其RNA和蛋白的变化进行测量。

这样,我们通过整体的对比分析,就能找出自然环境中不同因素组合下藻类基因集的响应情况,可以大批量的得知其基因的自然功能信息。

用这样的数据,我们可以预测,以后要是环境变化了,那么相关的生物会怎么变化,也可以根据需求来调节它们的培养条件,达到快速收获或抑制其泛滥的目的。

另外,每天我还会对海里采集的藻类样品进行分离,尽量多带些能够在实验室条件下培养的种质资源回来。

对了,培养藻类的时候,我会非常非常小心,绝对不会让它们污染环境。


我能给珊瑚一个原生态的家吗?

工学院李凌实验室田艳梅

田艳梅


修复珊瑚骨架,是我的博士研究课题,这是一种全新的仿生修复方法,希望我能把珊瑚的骨架修复好,给珊瑚一个原生态的家。

这一次出海,我就是要为了修复珊瑚生态系统而做准备。

从出海开始,一路上取表层海水,在南海和马里亚纳海沟则会取不同深度的海水,来培养同一种矿化菌,看看它是否能适应不同的海洋环境。

针对同一片海域,调整环境参数,为这个矿化菌找到它矿化功能发挥的最好的条件。运气好的话,或许能发现并富集出海水原生环境中的矿化菌。

有了它们,就给修复珊瑚生态系统打好了基础。


这一片海水是从哪里来的?

工学院李凌实验室戚亮

戚亮


我们知道,海水中含有各种各样的生源要素,这些生源要素的来源和去路,是海洋生物地球化学循环的重要组成。

所以,我这次的主要任务,是完成关键生源要素,比如营养盐、碳和金属离子等样品的采集和富集,然后进行浓度和同位素比值分析。

我们这次任务,结合了稳定同位素和放射性同位素,不仅可以定性分析,也可以进行定量。

天然放射性同位素镭,是非常好的海洋示踪剂,但由于海水含量极低,一般每个样品需要100升左右的水,一直是大洋海水研究的一个挑战。

这次,我们将利用"沈括"号上的采水设备获取这些样品,来回答我们的科学问题,这对更好地认识海洋生物地球化学过程具有重要科学意义。


20211

请你来听出海的故事


Lunch Seminar, Happy Hour, Lab Show, News & Ideas……

在西湖大学创办之初,我们就开设了一系列实验室与课堂之外的学术活动,想方设法地将不同学科、不同研究方向的师生聚拢在一起,分享科研灵感,启迪思想火花。

如今,越来越多的团队牵手合作,学科交叉的范围圈也越来越大,相信这一趟西湖大学学科交叉的科考之旅,也会收获满满!

这一趟旅程要持续一个多月,等他们回到杭州,我们将请这次出海的科考团队,办一场出海分享会,和杭州的中小学生们讲一讲探寻海底的故事。

这一场分享会将在20211月份,届时我们将在西湖大学、西湖教育基金会的微信上公布活动信息,敬请期待!