科普知识
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给新物种起个好名字，都有哪些“套路”
飘拂黄精。印开蒲供图
刘承钊于1940年在峨眉山采集的钊琴湍蛙标本，至今仍完好地保存于标本馆。成都生物所供图
2021年3月，一个以中国学者为主的研究团队发表了对我国银环蛇物种进行厘定的文章，并描述了一种以前未被发现的剧毒蛇——“素贞环蛇”（Bungarus suzhenae）。
素贞？没错，就是传说中的“白素贞”。为什么叫“素贞”？因为该蛇身上有许多白色横纹，在蛇界中与“白蛇”形象颇为相近，让科研人员不禁联想到那个家喻户晓的神话故事。
但素贞之所以被称为“素贞”，还因为“毒”。曾有两位蛇类研究人员误将“素贞”认成其他环蛇，因不注意被咬，导致一死一伤。
让大家更好地了解这个物种、知晓它的“厉害”，是中科院成都生物研究所副研究员丁利将其命名为“素贞”的最主要目的。
给物种取名是门学问。当考察发现的某个物种被证实为新种，并即将通过期刊等方式正式公开“亮相”时，科研人员都会绞尽脑汁为其取一个响亮又“个性”的名字。
一个好的名字既是对新物种科学的描述，又是意义和精神的承载。它蕴含着科研人员的巧思，又常常令人脑洞大开。近日，《中国科学报》记者采访了多位植物领域和两栖爬行动物领域的学者，听他们说说物种命名都有哪些“套路”。
最理想的是“以特征为名”
在中国，通常情况下，“拉丁名+中文名”是每个物种的标配。拉丁名和所代表的物种是“一一对应”的关系，为国际通用的学名，一经认定便不能修改。而“首发”的中文名并不具备唯一性，以后可能还会出现其他名称。有的物种既有官方名字，也有民间叫法。
新物种的拉丁名，由“属名+种名”构成。“通常属名和种名是两个不同的拉丁单词，属名定义了该属物种的共性，而种名则标志这一物种在属内的个性。”中科院成都生物研究所助理研究员陈勤表示，有时属名和种名相同或相似，如眼镜蛇的拉丁名“Naja naja”。
科研人员给新物种取中文名多从物种显著的特征入手，简单明了。例如在四川峨眉山，有一种蛙因喉部声囊作用会发出如传说中仙姑弹琴的声音，便得名仙琴蛙。
“有的更加直接，如拥有特殊鳞片的闪鳞蛇、表面光滑的光滑爪蟾。整个臭蛙属，不用说，肯定就是因为‘臭’。”陈勤说，还有的物种天生擅长“cosplay”，如蛇蜥，因没有腿看着像蛇而得名，但其实是蜥蜴。
会发出“吱吱”声的不仅有虫还有蛙。在安徽黄山，因发音特殊，这种会“吱——”的蛙被当地人叫作“水吱”，后经中科院院士赵尔宓和两栖爬行动物学者吴贯夫发现后，将其命名为凹耳蛙（Odorrana tormota）。因为与其他蛙类的鼓膜紧贴在身体表面不同，凹耳蛙的鼓膜凹入头腔，具有与鸟类相似的外耳道。
“能够以物种形态或生态特征来命名是最理想的，如果行不通，从地名、人名、文化历史等角度也不失为好的方法。”丁利给物种取名的一大准则是，有趣、让人过目不忘。
以地方命名也很常见。3月，中科院成都生物研究所副研究员徐波及其研究团队发表了一种名为“卧龙报春”的新物种，为报春花科报春花属，因其模式产地在卧龙国家级自然保护区，故取名“卧龙”。
以神话传说命名的物种并非只有素贞环蛇。上古神话中，有一种龙首鱼身的螭吻，又称龙鱼，擅长吞火。螭吻颈槽蛇（Rhabdophis chiwen）就取自这个角色，因为该蛇类靠吃萤火虫积累毒素，用于抵御外敌，与螭吻的“吞火”特性相近。“当物种特征不能简明地体现于名字中，换一种思路取名说不定更形象。”丁利表示。
“奇遇”也能写进名字
新物种的命名，有时候还极具故事性，融入了一些主观色彩。
生态学专家印开蒲讲述了一个关于垂茎异黄精的故事。从名字上看，就知道其呈垂状。但科考人员第一次发现它时，是以“飘拂黄精”为其命名的。
故事要追溯到上世纪80年代初，中科院组织的横断山综合考察队在贡嘎山海螺沟进行植被调查时，临时驻扎在一个叫青石板的山沟。
某天早晨，考察队队长、植被生态学家刘照光醒后，到一棵树龄约四五百年的山毛榉科植物包石栎大树下“方便”。突然几滴露水从树叶上滑落，刚好滴在了他头上。他顿时清醒，下意识抬头看了看。
眼前这棵胸径1米左右、高约25米的大树枝叶密如华盖，阳光穿过树缝，金光点点。刘照光突然被头顶上一枝斜生树杈上悬着的约50厘米长的小草吸引。晨光下，它随风飘动。
摇曳中，这株植物显露出叶片腋下的白色钟状小花，如倒挂的铃铛。刘照光迅速在脑海中比对之前观察和研究过的植物，意识到这株小草很可能从未被科研人员发现、记述以及命名。他立即找来随队向导，用一根长竹竿将小草从树干上厚厚的苔藓中戳了下来。
向导告知，在当地这类植物被称为“飘草”。经过后续的鉴定和查阅，刘照光确定其为百合科黄精属新种，并根据对该植物自然状态的印象，和植物分类专家胡孝宏共同给它取了一个生动形象的名字——飘拂黄精（Polygonatum pendulum）。
向前辈致敬
新物种的命名，有时也承载着科研人员对前辈的敬仰和怀念。
去年8月，中科院成都生物研究所与江西农业大学联合发表了一个鼠李科植物新种——旱谷蛇藤。研究人员为其拟定的拉丁名为“Colubrina zhaoguangii”，以纪念和致敬在横断山区从事植被研究的刘照光。中文名则根据植物的特殊生境，取名为“旱谷”。
用前辈的名字为新物种命名，更被视为一种“传承”。
峨眉髭蟾，模式标本产于四川省峨眉山。它由我国两栖爬行动物学家刘承钊于1938年调查并采集记录，经过多年的文献研究、标本查考，最终于1945年定名为“峨眉髭蟾”，确定它为蛙类中的一个新属、新种，而这也是第一次被中国科学家记录下来的一个新属种。刘承钊以恩师博爱理之名，将该物种的拉丁名定为“Leptobrachium boringii”。
刘承钊在两栖爬行动物领域贡献卓越，他和同为动物学家的妻子胡淑琴在极其艰苦的条件下对待科研工作的精神深深激励着后辈。为了解决崇安湍蛙复合种的分类学问题，中科院成都生物研究所李家堂研究员团队曾与中山大学等单位合作，综合分子系统学和形态学等证据，将四川盆地周缘地区分布的隐存种描述为新种——钊琴湍蛙（Amolops chaochin）。新种中文名分别取“刘承钊”中的“钊”和胡淑琴中的“琴”，种本名“chaochin”是用两位名字英文拼写“Ch’eng-Chao Liu”和“Shu-Chin Hu”的末尾词合并而成（chao+chin），以此表达敬意。
来源： 中国科学报 杨晨2023-04-06 -
冰天雪地，为何也有植物开花？
毡毛雪莲。牛洋摄（人民视觉）
雪层杜鹃。牛洋摄（人民视觉）
全缘叶绿绒蒿。牛洋摄（人民视觉）
为了在低温时仍然能开花，有的植物进化出了类似温室的结构，有的植物在体内产生抗冻蛋白，体现了植物对生存环境的适应。
梅花、冬樱花、杜鹃花……哪怕是冰天雪地，也有植物开花。都说春暖花开，可是冰天雪地中为何也有植物开花？
植物开花、展叶、结实等，都是对其生存环境的适应。在自然界，植物开花的目的是繁衍，实现自身基因的延续。在恰当的时节开花，能保证获得更大的生存优势。冬天开花的植物，也遵循这条规律。
梅花等植物冬季开花是对温度的一种适应，它们早开花、早结实，可以避开夏季的酷暑。春夏秋季，温度较高，昆虫、鸟类等动物较为活跃，更容易帮助植物完成花粉传播。然而，研究发现，即便是冬天，依然有蜂类、蛾类等传粉动物在活动，虽然这些动物数量相比春天、夏天要少，但此时开花的植物也少，冬季开花的植物得以躲开激烈的传粉竞争，成功实现繁衍。
事实上，在寒冷环境下开花，不是梅花等冬季开花植物的“专利”。在高海拔地区，雪莲、绿绒蒿、杜鹃等高山植物也能在冰天雪地中开花。这些植物在高山低温下开花需要有一套特殊的适应本领：由于常年低温，它们不得不进化出类似温室的结构，让花朵减少被冻坏的概率，实现种群延续。此外，通过增加不饱和脂肪酸和可溶性糖等物质的含量或者诱导低温抗冻蛋白，也可以避免细胞膜结构损伤和代谢紊乱。
冰天雪地，植物也可以开花，但并不能说越冷越好。实际上，不管是冬天开花的植物，还是高寒地区开花的植物，开花时节都存在另一条规律：往往是在初冬或者冬末气温略微回升时，几乎没有哪种植物的花朵在深冬时节盛开。其实，类似梅花、腊梅这些冬季开花的植物，遇到极端低温也无法顺利开花。并且，梅花、腊梅等植物为了防止冻伤，还进化出了先开花后展叶的特长，尽可能避免受到低温伤害，因为叶片的耐寒性不如花朵。
我们在北方可以看到的冬天开花的梅花、腊梅等植物，其实也是起源于冬天温度相对更高的南方地区。只是随着人类活动，一些更加耐寒的品种逐渐被引入北方。为了研究植物开花机制，科学家已经探索了上百年。开花时间反映了植物对外界环境的一种适应。温度和日照长度是影响植物在不同季节开花的主要环境因素，有些植物需要经历低温过程才会开花。研究发现，植物能通过感应温度、日照长度等环境信号的季节变化，在体内产生一种叫“成花素”的蛋白，从而诱导植物进行花芽分化和开花。
随着对植物开花调控机制认识的深入，如今我们可以通过调控生长环境、喷施植物激素等方法让植物在特定时间开花，甚至通过分子筛选等手段，不断选育出能在冬天开花的新品种。
（作者：张石宝，系中国科学院昆明植物研究所研究员，人民日报记者杨文明采访整理）
来源：人民日报
2023-03-13 -
种子库，守护全球生物多样性核心阅读
种质资源关乎人类社会可持续发展。近年来，随着《生物多样性公约》《粮食和农业植物遗传资源国际条约》等相继实施、生物技术及其产业迅猛发展等，世界各国更加认识到种质资源的重要性，纷纷加强收集和保护工作。
去年12月举行的《生物多样性公约》第十五次缔约方大会通过了具有里程碑意义的“昆明—蒙特利尔全球生物多样性框架”，提出反转生物多样性丧失曲线的宏伟目标，包括在2050年前制止已知受威胁物种的人为灭绝，所有物种的灭绝率和风险减少到原来的1/10。当前，分布于世界各国的各类“种子银行”，存储了地球上数百万物种的遗传密码，保护着地球生物多样性，守卫着粮食安全的底线，也为生物资源开发利用提供了重要平台。
保存绿色财富的特殊银行
据联合国粮食及农业组织估计，自上世纪初以来，世界已丧失约75%的农业生物多样性。在诸多应对措施中，分布于全球各地的种子库被视作保护物种多样性的“保险库”。在位于北京的中国农业科学院、挪威斯瓦尔巴群岛的北极永久冻土中、澳大利亚悉尼市远郊的安南山地区、英国南部的韦克赫斯特植物园等都储存着宝贵的绿色财富——种子。目前，全球已建成种子（质）库约1750座，共收集保存740多万份种质资源，绝大部分都以农作物种子为保存对象。
种子的科学储存一般包含自然采集、清洁、干燥、储存等步骤。在零下20摄氏度左右低温冷库中，种子可以存活几十年、几百年甚至几千年。种子库的建设一般需要达到较高安全标准，2008年启用的挪威斯瓦尔巴全球种子库建在距离北极点约1300公里的永冻冰山深处，常年维持零下18摄氏度低温。截至2020年底，该种子库已拥有来自世界各地的农作物种子超过107万份。它拥有独特的地理位置优势，为全球很多贮存机构的农作物种子提供备份保存。
近年来，不少国家更加注重野生植物种子的保护和研究。国际生物多样性中心和国际热带农业中心的报告指出：“对主要作物产量下降的预测表明，气候变化将对我们种植所需粮食的能力造成前所未有的压力。开发能够应对高温、干旱和洪水以及病虫害的作物品种，很可能是我们为适应气候变化所能采取的最重要步骤。”
中国西南野生生物种质资源库（以下简称“西南种质库”）研究人员杨湘云告诉记者，野生生物种质资源是培育新品种的资源宝库。比如农作物野生近缘植物蕴藏有抗病虫害、抗逆性等优良基因，通过杂交可以转移到栽培种中，从而提高作物产量，增强其应对气候变化等恶劣环境条件的能力。这些资源一旦消失，可能对人类社会可持续发展造成不可估量的损失。
英国韦克赫斯特植物园内的千年种子库是世界上最大的野生植物种子库之一，目前储存了来自100多个国家和地区的4万多种植物、24亿多粒种子，物种数占世界种子植物的16%。入库后的种子，每10年或20年检测一次萌发率。研究人员发现，有多达36%“极危”物种种子不适合通过低温脱水的方式保存，部分来自热带雨林等与种子库温湿环境差异较大地区的种子也无法耐受当前的保存环境，因此需要在更多地点，用更多方式来储存。
为种质资源保护贡献中国力量
中国以农业为主的种质资源库建设起步较早、成果丰硕，目前中国农作物种质资源长期保存数量超过52万份，保存总量居世界第二位。近年来，对于野生生物种质资源的保存也在中国获得长足发展。
走进中科院昆明植物研究所西园，循着起伏的道路登上园内海拔最高的元宝山山顶，就来到西南种质库的主体建筑。保存种子的冷库位于地下6米深处，双回路供电和备用大功率柴油发电机保障了特殊情况下的电力供应。截至2020年年底，这里仅植物种子就保存有10601种85046份，占中国有花植物物种总数的36%，已成为亚洲第一、世界第二的野生植物种子库。
依托西南种质库，昆明植物研究所启动中国野生植物DNA条形码研究，提出国际核心DNA条形码新标准，建立起庞大的植物遗传信息数据库，收录中国近万种重要植物12万个DNA条形码及其物种相关信息。DNA条形码利用基因片段对物种进行快速鉴定，不仅在生物多样性调查检测方面功能强大，还在食品安全、生物检验检疫、流行病学等领域有广阔应用前景。“中国是全世界1/10植物物种生存的家园，把中国的生物多样性保护工作做好，是对全球生物多样性保护的巨大贡献。”杨湘云说。
在昆明植物研究所的园子里，一棵树的纪念匾上写着：“保存今天的种子，留作明天的礼物。”2011年，来自13个国家和地区的17名代表在这里参加“种子保存技术”国际培训班，种下了这棵希望之树。目前，通过与世界混农林业中心等合作，西南种质库已收集保藏40多个国家的2000多份重要植物种子。
奥耶托拉来自尼日利亚，2017年在中国科学院与发展中国家科学院院长奖学金计划支持下，他来到西南种质库攻读博士学位，目前以博士后身份在此工作。“老师和同学们组成了紧密联系的研究团队，我在这里的收获很大。”他告诉记者，尼日利亚拥有多种地形和红树林、湿地、雨林、草原等不同生态系统，将来他学成回国后将为非洲生物多样性研究和保护作出更多贡献。
携手编织物种多样性保护网
守护种子安全是人类的共同任务。分散在世界各地的种子库通过种子交换、经验交流等，携手编织物种多样性保护网。
英国千年种子库与97个国家和地区的260个机构建立了合作伙伴关系。记者在其实验室外的白板上看到几行手写的公告：“我们收到来自赞比亚、巴西、马达加斯加的新种子，并有来自中国从事种子保护项目的研究人员参观访问。”据介绍，自2013年以来，千年种子库的技术人员帮助开发了7家新的国际种子库。这使得一些珍稀植物种子有了储存的备份，给这些物种上了多重保险。
2022年3月，哥伦比亚宣布成立世界最大的热带作物基因库，命名为“未来种子库”，主要收藏豆类、木薯和热带牧草等。它由国际生物多样性中心和国际热带农业中心管理，拥有来自100多个国家和地区超过6.7万个样本。据悉，这里还将利用基因组学、大数据、无人机和人工智能等技术，加速开发适应气候的作物。
新加坡植物园种子库于2019年建成，可以存放2.5万种植物种子，相当于东南亚一半的植物品种。种子库面向公众开放，专门介绍存放种子的类型、存放过程等，帮助公众了解种子及生物多样性保护的重要意义。
种子库对于全球范围内的生态修复意义重大。《科学》杂志网站日前刊登的文章指出：“如果没有足够的种子供应，全球生态恢复努力就有失败的风险。”文章呼吁各方共同努力，分享知识和资金，建立数量充足的种子库，以解决生态系统恢复过程中种子供应短缺问题。
来源：人民日报2023-03-13 -
昆明植物所种子博物馆展示自然世界丰富多彩和生物多样性
图①、图④、图⑤、图⑥：分别为体式显微镜下拍摄的软荚红豆种子、乌桕种子、黄杞种子、大王马先蒿种子。
图②：中国西南野生生物种质资源库中保存在冷库中的种子。
图③：种子博物馆中的“希望”组培苗装置。
图⑦：中国科学院昆明植物研究所的科研人员在植物离体库内观察保存的离体培养物。
图⑧：航拍“扶荔宫”生物多样性体验园。
图⑨：种子博物馆内的亚克力种子墙。
图③图⑧图⑨为徐俊摄，图①图②图④图⑤图⑥图⑦由中国科学院昆明植物研究所提供。
图表数据来源：中国西南野生生物种质资源库、《关于进一步加强生物多样性保护的意见》
在素有“植物王国”“物种基因库”美誉的云南，有这样一座特殊的博物馆——种子博物馆。种子博物馆位于中国科学院昆明植物研究所“扶荔宫”生物多样性体验园内，是我国第一座以野生植物种子为主题的博物馆。
眼前的这面种子墙，可以说是博物馆内最为亮眼的展品：2040根亚克力柱子中，盛放着色彩斑斓、形态各异、大小不一的植物种子。整齐排列的种子墙犹如一幅巨型画作，让人得以一窥植物的奥秘。
种子的出现，是植物演化史上的一个重要里程碑。迈过高山、远渡重洋，种子以其独特的生存模式跨越时空、散播全球，帮助植物成为现今地球表面绿色的主体。
小如尘埃的斑叶兰种子，5万粒只有0.025克；而世界上最大的种子塞舌尔海椰子，却重达20公斤。经过数亿年的演变，种子才形成了现在这样多样的外表和精妙的内部结构。站在种子墙前静静观赏，这里既有熟悉的松树、银杏等树木的种子，也有水稻、小麦、茶叶、咖啡等与我们日常生活息息相关的作物的种子。在香料墙上，146个展示台既陈设着我们常见的辣椒、花椒、八角等香料种子，还有姜味草、糯米香等更有特色的作物种子。不同种子、万千变化，展示的是自然世界的丰富多彩与生物的多样性。
五颜六色的瓶子静静悬挂，各式各样的植物在瓶瓶罐罐中生长开花。“希望！”中国科学院昆明植物研究所昆明植物园副主任牛洋说，“这是这组装置的名字。200多个瓶子，展示了56种濒危或具有科研、经济价值的植物离体材料。”组织培养是保存生物种质的有效方式，适当的培养基、光照和温度，可以令植物在瓶瓶罐罐中生长甚至开花，并保持与母体一致的遗传信息。牛洋介绍：“有些种子比较小，在野外也很难收集，从种子到育苗的过程非常困难，我们就通过这样的形式对它们的种质资源进行保存。”
当然，种子博物馆并非种子实际的保存方式。博物馆的展陈主要用于科普，展示种子的多样性以及种子与人类的关系。更多宝贵的种质资源，珍藏在中国科学院昆明植物研究所内的中国西南野生生物种质资源库中。
种质资源的保存是保护生物多样性的重要手段。中国科学院昆明植物研究所研究员李德铢说，种质资源的狭义概念是具有生命力或再生能力的遗传资源。中国西南野生生物种质资源库建成后，相当比例的珍稀濒危、特有物种的种子已经入库。当一个物种濒临灭绝时，我们就可以启用这些种质资源，使该物种的安全得到保障，从而保护生物多样性。
目前，中国西南野生生物种质资源库是全球第二、亚洲最大的野生种质资源库。在这里，有一支专业的种子采集队伍。从荒漠戈壁到热带雨林，从世界屋脊到峡谷平原，种子采集员们的足迹遍布全国。为了采集和保存珍稀濒危和有重要经济价值、生态价值、科学研究价值的植物种子，他们必须跋山涉水，每年都有大半时间是在野外度过的。截至2021年底，中国西南野生生物种质资源库已保存我国野生植物种子10917种87863份。
种子代表生命和希望，保护种子就是保护未来。在当今生物多样性受到严重威胁的情况下，种质资源的保护和利用显得尤为重要。正如博物馆解说词中所言：“只有依靠大自然的巧夺天工，以及人类的理性和科技的进步，我们才有可能继续驾乘生命之舟，驰向浩瀚的宇宙，谱写生命的奇迹。”
最大和最小的种子是什么
最大的种子是塞舌尔海椰子，重可达20公斤。海椰子外观呈椭圆形，长约50厘米，宽约30厘米，是世界上最大的植物种子。海椰子生长发育极慢，种子播种后需2—3年才能发芽，25年才能开花、结果。雌株的花朵在受粉两年后才能结出小果实，果实需要8—10年时间才能成熟。海椰子作为生物进化遗留下来的活化石，因其稀有奇特而弥显珍贵，现仅存在于非洲东部塞舌尔群岛的普拉兰岛。
最小的种子是斑叶兰的种子。人们常用芝麻来比喻“小”，5万粒芝麻的种子重约200克，而5万粒斑叶兰种子却只有0.025克，在显微镜下才能看清楚。斑叶兰的种子构造非常简单，只有一层薄薄的种皮和一个尚未分化的胚，故其生命力不强，容易夭折。为弥补种子质量不高的问题，斑叶兰会产生出数量惊人的种子，通常一个蒴果内的种子就数以万计。这些种子轻似尘埃，随风飘扬，到处传播，所以终有一些种子能找到适合的地方，生根发芽。
种子是如何长期保存的
对野生植物的种子，科研人员会优先收集濒危物种、区域特有种和具有重要经济价值的物种。每份种子最少采集2500粒，最佳采集1万粒。对于耐脱水耐储藏的种子，采集后将其置于空气相对湿度15%、温度15摄氏度的初干燥间摊晾阴干。在去除杂质，完成质量检测（得到饱满率）、数量估算之后，再次放到主干燥间干燥脱水至5%左右的含水量。最终，种子在干燥间中用合适的容器密封包装，放到零下20摄氏度的冷库内保存，大部分种子在这里可存活几十年甚至上千年。
离体保存也是保存生物种质的有效方式。有些种子难以常规低温干燥保存，还有些植物很难收集到种子，这时可以选择尚有活力的胚、叶片或茎尖等进行组织培养，通过试管苗及其他微繁殖体或培养物对野生植物进行离体保存。
我国最“老”的种子多少岁
上世纪50年代，我国科学工作者在辽宁普兰店一个干涸池塘的泥炭层里发现了埋藏上千年的古莲种子。种子经培育后，依然能正常开花结籽，这是目前我国已知自然条件下寿命最长的植物种子。
它为何如此长寿？据了解，莲的果皮坚韧且厚，抗压性较强，能对种子起到保护作用。此外，在果皮表皮下，还有一层能有效防止水分进入的栅栏组织。幼果果皮气孔下原本进行气体交换的气孔道，在果实完全成熟后，也会缩小并封闭，从而使果实变成一个密封舱，实现有效保护。
来源：人民日报 李茂颖2023-03-13 -
藻类是动物还是植物？藻类种类繁多，主要生活在水中，很多环境中都能见到它们。藻类在生态环境中非常重要，也是固碳的重要生物
说到生物分类，大家的第一反应常常是植物或动物。其实，还有一个特殊的类群，一度让分类学家颇为“头疼”，那就是藻类。
提到藻类，大家一般会想起水面上分布的小小“颗粒”，它们随波荡漾，是鱼类的食物，也是水生态系统中的重要成员。其实，藻类不止这些，藻类家族中有非常高大的成员，最大的藻——巨藻长度通常可达几十米到上百米，形似海带，与海带是近亲。餐桌上常见的海带和紫菜，也是藻类。
藻类通常是指一类没有真正的根、茎、叶分化，多数可进行光合作用，用单细胞的孢子或合子进行繁殖的生物。
从生物分类学角度，藻类不属于特定的自然分类类群。早期的分类学家根据藻类色素类型，将藻类分为蓝藻门、绿藻门、红藻门等。虽然藻类的少数种类兼具植物光合自养以及动物异养和运动的特性，但传统上我们仍将藻类归为植物。
藻类主要生活在水中，很多环境中都能见到它们。高山雪地、荒漠沙土、温泉中，都有藻类生长。裸露的岩石上，还有与地衣共生的藻类。少数藻类甚至可以寄生在动物或人体表面。藻类种类繁多，最新版的《藻类百科》共收录了166579个物种及种下单元。
藻类在生态环境中非常重要。蓝藻是地球上最早的光合放氧生物，对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大作用。地球刚形成时，大气中缺乏氧气，二氧化碳的含量是如今的10—100倍。在相当长时间内，蓝藻作为唯一的利用大气中丰富的二氧化碳进行光合作用放氧的有机体在地球上大量繁殖。它们消耗二氧化碳，制造氧气。大气中的氧气逐渐积累，在紫外线作用下，一部分氧气可转变为臭氧。因此，大气层上空才会出现臭氧层，保护其他生命不被紫外线伤害，从而为地球上的需氧生物、真核生物的演化包括人类的进化和发展创造了必要条件。
珊瑚礁的美丽颜色其实来自其体内的共生海藻。海藻通过光合作用向珊瑚提供能量。共生藻与热带、亚热带浅海珊瑚礁的主要建造者珊瑚虫互利共生，是珊瑚礁生态系统必不可少的元素。同时，共生藻还扮演促进造礁石珊瑚钙化的重要角色。如果共生藻离开或死亡，珊瑚就会变白，因失去营养供应而死。
藻类也是固碳的重要生物。据估算，藻类（包括大型海藻和微藻）每年可固定二氧化碳约9.5乘以10的10次方吨，占全球净光合作用产量的47.5%。浮游藻类还是水中溶解氧的主要供应者，它启动了水域生态系统中的食物网，在水域生态系统的能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用。
（作者：宋立荣系中国科学院水生生物研究所研究员、国家水生生物种质资源库—淡水藻种库主任，记者吴月辉采访整理）
来源：人民日报2023-02-28 -
此次南极科考不同以往
近日，中科院精密测量科学与技术创新研究院大地测量国家野外科学观测研究站科研人员踏上南极科考征途，参与中国第39次南极科考。近日，《中国科学报》连线该院正在中国南极中山站执行科考任务的实验师桑鹏时，他表示此次南极科考不同以往。
《中国科学报》：请问你现在所在的位置周边气候环境如何，目前正在开展什么工作？
桑鹏：我们在中国南极中山站，位于东南极大陆拉斯曼丘陵普里兹湾沿岸。中山站年平均气温零下10℃左右，极端最低温度达零下36.4℃。中山站受来自大陆冰盖的下降风影响，常吹东南偏东风，8级以上大风天数达174天，极大风速为43.6米/秒，年平均湿度54%。中山站有极昼和极夜现象，目前南极是连续白昼。
我目前参加了海冰卸货、油囊加注、直升机摘挂钩、越冬物资分类入库等度夏期间最重要的物资卸运工作。度夏期间还要与上支驻扎队伍的队员交接各项工作，如进行科研物资清点、科考关键设备的工作状态巡视等。另外，我们要为新设备的安装做好准备，执行科研观测任务。
《中国科学报》：此次科考任务是什么，要解决哪些问题？
桑鹏：我的科考任务是执行中山站固体潮和地磁项目度夏及越冬期间的科研观测任务。
固体潮是地球对日月引力作用的响应，因此地球重力固体潮的观测资料中包含了与地球各圈层物理结构和动力学性质有关的丰富信息。固体潮的观测与研究是了解地球内部结构、描述地球动力学过程、解释地表运动方式的重要手段之一。我们可以利用负荷潮理论，研究极地冰雪负荷对该地区重力场变化的影响。此外，极地的大气、温度变化非常显著，采用观测得到的重力潮汐资料和气压、温度观测资料进行相关分析，能够确定极地的大气重力信号。
我们将通过根据不同海潮模型计算的海潮负荷对观测结果进行修正，对重力潮汐观测结果和潮汐理论模拟结果进行分析比较，探讨海潮负荷和极地固体潮的耦合机制。我们将努力在以往研究基础上取得更丰富的极地研究经验和宝贵的第一手观测资料。
《中国科学报》：这是您第三次参与南极科考。此次科考与以往有何不同，需要克服哪些难题？
桑鹏：此次南极科考与以往不同。为了更新观测手段，提高观测精度和现场采集数据质量，此次科学考察需要更新部分观测设备。利用度夏期间短暂的气象窗口期，完成新仪器安装、初始化参数标定、试观测及数据质量评定等工作。另外，要对观测环境及观测设施进行维护维修，为越冬期间的科考和观测工作做好准备。
我们需要克服的困难主要是低温、强紫外线、大风、静电等对仪器安全和调试工作的影响。越冬期间，需要克服暴风雪的影响，定时进行外出观测和巡视工作。另外一个普遍问题就是网络信号很差。但是，我们一定会克服这些困难，确保完成既定科考任务。
来源： 中国科学报 李思辉
2023-01-16 -
AI绘画的“小秘密”都在这一篇文章里有了AI，人人都可以是艺术家。AI绘画的出现，恰如瑞士艺术家保罗·克利所言：“艺术不是再现可见，而是使不可见成为可见。”经过20年左右的发展，目前基于不同类型或者模态元素的AI绘画发展情况不尽相同，发展最久的是“以图生图”，再到近期火爆的“文+图”生图。当然，也有团队已经研发出由语音生成图像的技术。
上传一张图片，或者输入一些简单的关键词，系统就能自动生成一张卡通图像……最近一段时间，AI绘画开始在互联网社交平台走红。
AI绘画，顾名思义就是利用人工智能进行绘画，是人工智能生成内容的典型应用场景之一。其主要原理是收集大量已有作品，通过算法对其内容和风格特征进行解析，最后再生成新的作品，所以算法是AI绘画的核心。
当前，“凭空”生成图像的AI绘画，其实也会动辄“翻车”：也许上一秒AI通过你的照片绘出的是一张充满艺术感的二次元画像，下一秒你的宠物猫、狗则可能被画成可爱少女或肌肉猛男。
事实上，AI绘画早已火爆全球。第一张公开展出的、由人工智能创作的绘画作品《埃德蒙·贝拉米的肖像》曾于2018年在佳士得拍卖行以43.25万美元成交，那是一张由机器学习了从14世纪到20世纪的1.5万张肖像画之后自动生成的一张肖像画作品。
AI绘画是如何实现“凭空”生图的？除了娱乐外，AI绘画还有哪些潜在的应用前景？
从“以图生图”到“语音生图”
2022年，由人工智能创作的《太空歌剧院》一度火出圈。在美国科罗拉多州举办的新兴数字艺术家竞赛中，《太空歌剧院》获得“数字艺术/数字修饰照片”类别一等奖。它的构图、配色以及画面的细节堪称精致。然而，这个作品的创作者不是艺术家，而是来自美国科罗拉多州的游戏设计师。
这位游戏设计师在一个名为“Midjourney”的AI创作工具里，先输入几个关键词，如光源、构图、氛围等，得到了100幅作品，再进行约80小时的修图修饰，最终选出3幅作品，最后把图像打印到画布上。
通过简单交互式对话在短时间内生成的“艺术”作品，让人类艺术家展开了一场关于“AI绘画作品参赛是否属于作弊”的争论。这场声势浩大的争论也令大众直观地意识到如今的AI绘画水平已经发展到了何种程度。
“人工智能在艺术方面的创作最早可以追溯到上个世纪末，当时的人工智能绘画技术叫作‘图像的风格化滤镜’。”中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室研究员董未名说，最初的AI绘画方法比较简单，比如一张普通的照片，通过一些图像处理的算法，把照片像素进行几何或者色彩上的变换，然后再调节不同参数，就可以模拟出类似油画或者水彩画的风格。
经过20年左右的发展，目前基于不同类型或者模态元素的AI绘画发展情况不尽相同，发展最久的是“以图生图”，再到近期火爆的“文+图”生图。当然，也有团队已经研发出由语音生成图像的技术。
AI绘画主要依靠三种技术模式实现
董未名介绍，目前AI绘画主要借助图像风格迁移技术、图文预训练模型和扩散模型实现。
“图像风格迁移技术指的是图像处理算法通过对输入的真实图像内容特征和对参考的艺术图像风格特征的提取，实现真实图像内容特征和艺术图像风格特征的融合，从而生成新的艺术图像。”董未名举例，如果将美国旧金山艺术宫的外景照片和印象派创始人莫奈绘制的作品，通过图像风格迁移技术进行融合，就能得到一张看起来像是由莫奈绘制的美国旧金山艺术宫的绘画作品。最初的AI绘画采用的正是这种技术。
不过，在董未名看来，图像风格迁移技术大多依赖的是生成式对抗网络（GAN）算法，它最大的问题是生成的绘画作品艺术性不强，笔触和构图让人觉得与真实的绘画有差距，所以长久以来，AI绘画一直“籍籍无名”。
当图像风格迁移技术还在挣扎于输出作品的审美问题时，图文预训练模型的出现，加速了AI绘画的崛起。
“依托图文预训练模型，只要输入一句话或者上传一幅风格明显的图片，算法就能将图像特征和文字特征‘对齐’。生成的绘画作品的内容特征和上传图片的内容相似，艺术性也比图像风格迁移技术生成的图片强很多。”董未名举例，比如支撑图文预训练模型的可对比语言—图像预训练（CLIP）算法，就是利用图文特征“对齐”的能力，再结合已有的生成模型，实现“以图生图”或者“图+文”生图。
不过，董未名坦言，图文预训练模型的推广也存在一些争议，有部分人认为，该模型在训练前期，需要用大量的图形处理器（GPU）进行数据训练，耗电量大、成本很高，而该模型的应用场景却不够清晰。但也有人认为，也许该模型未来可以打造为通用的人工智能模型，用它完成更多的算法作业，只是这还需要时间的验证。
诚然没有一项技术是完美的，这也为人类探究更先进的技术提供了无限动力。当下最流行的扩散模型便是其中之一。
“目前最新的AI绘画技术采用的就是扩散模型，这种模型可以把一个随机采样的噪声输入模型，然后尝试通过去噪来生成图像。”董未名表示，扩散模型也存在弱点，由于模型对图片内容识别的能力不足，或者难以完全理解识别文字的意义，以及训练数据的偏差，有时便会生成“四不像”的作品。此外，扩散模型生成图片的速度比较慢，目前还达不到实时生成图片。
互联网治理、元宇宙或潜藏应用前景
AI绘画目前的应用场景，更多聚焦于社交软件。近期在国内社交网络“火出天际”的AI绘画软件主要集中在小程序及App。随着AI绘画小程序的火爆，短视频平台抖音也迅速上线了AI绘画特效。同时，此前腾讯上线了“QQ小世界AI画匠”活动，百度也推出了首款AI艺术和创意辅助平台“文心一格”。
有了AI，人人都可以是艺术家。AI绘画的出现，恰如瑞士艺术家保罗·克利所言：“艺术不是再现可见，而是使不可见成为可见。”“AI现在已经完美实现了这一目标，人们可以通过机器计算来绘制出很多现实中见不到的场景。”董未名畅想，不远的将来，AI绘画或许还将展现更丰富的应用场景。
“现在网络上充斥着很多不良内容，这些内容为了逃避监管经常以绘画的形式出现，而当前很多内容识别模型对真实图片识别得很准确，但缺乏不良内容艺术作品的相关训练数据，所以对不良内容识别不准确。也许可以用AI绘画技术，积累不良内容艺术作品的数据，并用以训练识别模型，以提升互联网内容的安全监管能力和识别的准确率。”董未名建议。
在董未名看来，作为一种艺术呈现形式，AI绘画也将在元宇宙、设计、文旅等行业催生新的商业模式。例如AI绘画目前在AI辅助创作、短视频、影视制作和元宇宙等方面都有布局，因为这些赛道都离不开创意，AI绘画可以帮助创作者通过简单的特征输入，实现对其创意的预览，甚至可以直接进行创作。
不过，董未名并不讳言，当下AI绘画仍然存在版权争议问题。AI绘画的核心是模型，而训练模型需要使用大量图像、文本数据。对于未经授权的图片，经过运算之后所生成的图像版权归属尚难界定。“有的画家风格特别明显，如果用画家的画去训练算法模型生成作品，那最后的版权属于谁呢？”董未名提出的问题，正是多数AI绘画作品所面临的现实问题。
AI绘画掀起了一场资本的群体狂欢，希望有一天它能走出“照猫画虎”的尴尬，真正服务艺术创作、创造更多价值。
来源： 科技日报 金凤2023-01-16 -
“北京时间”从这里发出
中国科学院国家授时中心前身是中国科学院陕西天文台，成立于1966年，是我国唯一的专门、全面从事时间频率基础研究和应用研究的科研机构，承担着我国国家标准时间（“北京时间”）的产生、保持和发播任务，建设和运行着我国最早的重大科技基础设施——长短波授时系统，建成了国内唯一的天地一体星地综合卫星导航授时试验平台，为我国国家时间频率体系、卫星导航系统的建设和发展作出了重要贡献。
国家授时中心使用40多台不同性能的守时原子钟，综合产生连续稳定的原子时，利用铯原子喷泉基准钟对其进行自主校准，按照国际统一部署对其进行闰秒，与世界时进行协调，形成我国的标准时间即“北京时间”。我国的原子钟数据每天实时参加国际比对，应用定期反馈数据进行国际校准，实现了“北京时间”与国际标准时间的一致性，专业上称“时间溯源”。
围绕“两弹一星”和空间技术的发展，20世纪60年代末，按照经济建设和国防建设需求，我国在陕西蒲城建设了专用短波授时台，授时精度在毫秒（即千分之一秒）量级，能够满足天文观测、地震测量、电力调度等应用。
20世纪70年代初，国家授时中心开始负责建设我国的长波授时系统。钱学森在1974年长波授时台方案论证会上指出，建设长波授时台就是要建全国统一的、高精度的一面大钟。20世纪80年代初，我国在陕西蒲城建成长波授时系统，授时精度达到微秒（即百万分之一秒）量级，比短波授时精度提高了1000倍。从此，我国授时技术水平进入世界先进行列。
21世纪初，我国建成了电话和网络授时系统。另外，国家授时中心还建立了基于通信卫星的授时系统。我国北斗全球卫星导航授时系统于2021年7月正式开通服务，授时精度在10纳秒（即十亿分之一秒）量级。现在，我国建立了统一溯源、应用有线无线技术的多手段“北京时间”发播授时系统，较好满足了各行各业的不同需求，有效支撑经济社会运行，保障着国家安全。
国家授时中心长期开展守时原子钟、铯原子喷泉钟、星载原子钟、锶原子光钟和芯片原子钟等多种新型原子钟研制工作，实现了国家标准时间的自主产生和性能提升。
今年7月，国家授时中心发明专利“基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器”荣获第二十三届中国专利金奖，专利发明人为张首刚、马杰、李孝峰、刘杰和石浩。该发明专利公开了一种基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器，提出的激光稳频和整体集成技术是限制光抽运小铯钟工程化的技术难题。该专利技术已成功实施转化，具有显著新颖性、创造性和实用性。
近年来，国家授时中心勇挑重担，承担了“十三五”国家重大科技基础设施——高精度地基授时系统、中国空间站高精度时频科学实验系统等重大任务，已成为国家时频体系建设的战略力量。
来源： 陕西日报 霍强
2022-12-01 -
我国“海洋之肺”须倍加呵护今年年初，国家科技基础性工作专项"我国近海重要海草资源及生境调查"结题会议在北京召开。这标志着我国已掌握了全国沿海海草资源"家底"信息，向海草床保护与修复方向迈出了坚实的一步。海草起源于陆地被子植物，是地球上唯一一类可完全生活在海水中的高等被子植物，与陆地高等植物相比，其种类极其稀少
人类挖蛤破坏葫芦岛海草床。海洋所供图
今年年初，国家科技基础性工作专项"我国近海重要海草资源及生境调查"结题会议在北京召开。这标志着我国已掌握了全国沿海海草资源"家底"信息，向海草床保护与修复方向迈出了坚实的一步。
海草不是海藻
海草起源于陆地被子植物，是地球上唯一一类可完全生活在海水中的高等被子植物，与陆地高等植物相比，其种类极其稀少，全世界共发现6科13属74种，中国有4科9属16种。
除南极外，海草在全世界沿岸海域均有分布，通常生长在浅海和河口水域，从潮间带到潮下带，最大水深可达90米。全球海草分布区主要有6个，包括热带印度—太平洋区、热带大西洋区、温带北太平洋区、温带北大西洋区、地中海区和温带南大洋区。
我国海草分布区划分为两个大区：温带海域分布区和热带—亚热带海草分布区，其中温带海域分布区包括山东、河北、天津和辽宁沿海，热带—亚热带海草分布区包括海南、广西、广东、香港、台湾和福建沿海。
海草与海藻，一字之差但区别很大。作为高等植物，海草具有根、茎、叶的分化，根系结构复杂，可将海草固定在沉积物中，并从中提取养分和矿物质。并且海草可通过开花、传粉和结种进行有性繁殖，也可通过根茎进行无性繁殖。
而海藻属于低等植物，并无根、茎、叶的分化，有的海藻（如海带）具有假根状固着器，可简单固定在坚硬的基质上，如岩石或贝壳，且海藻只能通过孢子繁殖。
此外，海草通过叶细胞进行光合作用，而海藻所有细胞均可进行光合作用；海草可通过通气组织和腔隙（叶脉）运输矿物质和营养物质，而海藻通过扩散从水体中吸收矿物质和营养物质。
过去，海草常常以"藻"字命名，易让人们把海草误认为海藻，造成混乱。因此，2014年11月，"第十一次国际海草生物学研讨会"在中国召开之时，国内海草研究专家们经过研讨，将中国3科7属16种被命名为"藻"的海草统一命名为"草"，给中国海草的研究、科普带来了便利，促进了中国海草床的保护与管理。
海草床是重要的海洋渔场和碳库
海草床是指由单种或多种海草植物主导的海草生态系统，和红树林、珊瑚礁并称为地球上三大典型的近海海洋生态系统，具有极高的生态服务功能，被誉为"海洋之肺""海底草原""海底森林"。
海草床是重要的海洋渔场，可为各种海洋生物提供栖息地、育幼场所、庇护场所，是儒艮、绿海龟及水禽等生物的重要食物来源，如在荣成大天鹅国家级自然保护区，茂盛的海草蓄养了大量的鱼类、甲壳类等海洋生物，还为上万只大天鹅提供了越冬栖息地和食物来源，其中大天鹅摄入的食物超过60%来自海草叶片。
同时，海草床是地球上最有效的碳捕获和封存系统之一，其贮存碳的效率比森林高90倍，是全球重要的碳库。虽然海草床仅覆盖全球海洋面积的0.2%，但其每年的碳封存数量可达全球海洋碳封存总量的10%~15%，且碳储存时间可达数千年，因此对于缓解和适应气候变化具有重要作用。
海草床的高效固碳能力得益于其极高的生产力、强大的悬浮物捕获能力以及海草床沉积物中有机碳较高的稳定性。首先，海草床每年生产量的15%~28%长期埋藏于海底，对海草床沉积物有机碳库的贡献约50%；其次，海草冠层可高效捕获水体中大量有机悬浮颗粒物，从而实现固碳；最后，在缺氧性海草床沉积物中固定的有机碳，具有相对较低的分解率和较高的稳定性。
此外，海草可以调节水体中的悬浮物、溶解氧、重金属和营养盐，起到净化水质的作用。它还可以通过细长叶片的阻挡作用降低波浪和水流的能量，同时海草稠密的根系可以固化底质，从而防止或减缓海滩和海岸的流失与侵蚀。
据粗略统计，以我国面积最大的海草床——唐山海草床（3217公顷）为例，它可支撑2.4亿尾鱼和3000亿个无脊椎动物，每年可固定1.2万—2.1万吨二氧化碳，每年可吸收60万人生活污水的营养盐（3.6吨），每年可释放3亿升氧气，其评估价值为每年1.2亿美元。
我国超80%的海草床已消失
随着海洋开发利用强度的日益增大，海洋生态环境和生物资源面临严重威胁，我国海草床发生严重退化。
我国海草床退化的直接原因包括生境损失与破坏、海草机械性破坏、水体透明度下降、水温超过海草耐受极限等。目前我国海草面临的主要威胁包括海岸工程建设及围填海活动、陆源污染、渔业活动、大型藻类暴发、互花米草入侵、气候变暖和台风等极端气候事件频发。
据最新普查结果（2015年—2020年），我国海草床面积约26495.69公顷，海草4科9属16种。对比历史分布与种类记录，发现宽叶鳗草、具茎鳗草、黑纤维虾形草、全楔草、毛叶喜盐草和大果川蔓草等6种海草已消失不见，我国近岸海域超过80%的海草床已经消失。
例如，1982年莱州湾芙蓉岛附近分布有1300多公顷的鳗草群落，但如今却不见踪迹；2015年至2021年，黄河口1000多公顷日本鳗草床受台风利奇马（2019年）和互花米草入侵影响消失殆尽；在过去8年间，广西沿海对海草分布区进行围填，改造成为港口码头用地、房地产用地等，已造成共计354公顷海草生境的永久性丧失。
保护与修复双管齐下
近些年来，国际社会逐渐认识到海草床的重要性，有关海草床的保护和恢复逐渐成为国际上的研究热点之一。
在海草床保护方面，首先，应尽快建立海草保护管理体系，制定有关海草床保护管理规定，使海草保护工作走向正规化和法制化，禁止围填海等人类活动对海草床的直接破坏。
其次，合理规划海草床保护区，建议设立6—8个国家级海草床自然保护区。截至目前，我国仅建有两个省级海草床保护地——海南省陵水新村港与黎安港海草特别保护区和河北省唐山海草床自然保护地。
再次，建立海草床生境监测体系，科学管理和保护海草床，建议建立1—2处国家级海草床野外生态监测研究站。
此外，还需要管控污染物排放，改善海草床生境质量；科学管理和开发海草床渔业资源，鼓励和引导基于海草床生境建设的海洋牧场和增养殖产业发展，加强海草床生态旅游区规划建设；加强海草床科学研究，提升海草资源保护能力；普及海草床生态价值，通过多渠道加强对海草床知识的宣传，提高海草保护意识。
在海草床修复方面，应加强海草床生态修复和重建，实施海草床生态修复工程，恢复海底森林。加强海草床科学研究，提升海草资源保护能力，特别是要集中力量针对我国海草床的退化现状和生境特征开展高效海草床生态修复关键技术研发。
随着研究的深入，海草床保护与修复将逐渐成为一种全民参与的环境保护公益行动。相信在不久的将来，如同"植树造林"一样，人人都可以参与到海草保护与修复过程中。
（作者：周毅，系中科院海洋研究所研究员）2022-10-09 -
看一场“电影”了解细胞的前世今生在婴儿呱呱坠地之前，受精卵是如何发育成个体的？细胞是生命的基本单位，了解它的过去、现在和未来，不仅有助于人们了解正常发育的过程，也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而，想要"看清"细胞的"前世今生"，仍然存在不小的技术困难。前不久，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员陈万泽以共同第一作者身份在国际学术期刊《自然》（Nature）发表长文
活细胞测序记录细胞的变化示意图。图片来源：中科院深圳先进院
在婴儿呱呱坠地之前，受精卵是如何发育成个体的？细胞是生命的基本单位，了解它的过去、现在和未来，不仅有助于人们了解正常发育的过程，也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而，想要"看清"细胞的"前世今生"，仍然存在不小的技术困难。
前不久，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员陈万泽以共同第一作者身份在国际学术期刊《自然》（Nature）发表长文，介绍了研究团队在国际首创的活细胞转录组测序技术Live-seq，该技术首次让单细胞进行转录测序后，依然能保持细胞存活，首次实现了活细胞全基因表达的连续观测。
"该研究为单细胞转录组测序提供了全新的研究策略，为我们理解生命过程的动态变化提供了强有力的手段，是这一领域的又一重大突破。"北京大学生命科学学院教授汤富酬说。
陈万泽介绍，当前，单细胞转录组测序技术是了解细胞状态的重要手段，就像看一张"高清照片"，通过单细胞测序能够看清细胞现在所有基因的表达状态。不过，这些技术在理解细胞状态"电影"般的动态变化上却有很大的挑战。
"利用单细胞转录组测序技术来观测细胞状态的前提，是需要将细胞裂解，提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低，但这样就不可避免地杀死了细胞。"陈万泽说。
通过近7年的努力，陈万泽与合作者开发了活细胞转录组测序技术，其核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取，并对极其微量的细胞质RNA进行扩增，实现在进行单细胞转录组测序后，依旧保持细胞的存活和功能，从而可以跟踪细胞的动态变化。
"我们首先想到的是外泌体，它是细胞向外面吐出来的小泡，里面有蛋白、RNA等物质。如果我们把单个细胞的外泌体都收集起来，再对其中的RNA进行测量，或许就可以在一定程度上反映细胞状态而又不杀死细胞。"陈万泽说。
单个细胞中仅有10皮克的RNA，这相当于一克的一千亿分之一的重量，而细胞分泌的外泌体中的RNA更是少之又少。陈万泽团队尝试利用在生命科学领域非常小众的原子力显微镜，通过对探针进行表面活化、修饰、洗脱等改造后，让其能够把细胞中的RNA"钓"出来。
"这种探针很细，对细胞的损伤很小，就像‘鱼钩'一样，改造后可以把细胞中的RNA‘钓'出来，又能保证细胞继续存活。我们改造了数十个探针后，结果只在两个细胞上成功‘钓'到了基因。"陈万泽回忆道，当时购买一个原子力显微镜探针成本太高，成功率太低，让这项研究再次面临阻碍。
在一次学术交流中，陈万泽与导师了解到，瑞士苏黎世联邦理工学院的Julia Vorholt实验室开发了一种特殊的原子力显微镜，能够吸出一部分的细胞质。一番交流后，两个课题组展开了联合攻关。
如果将利用单细胞转录组测序技术观测细胞，比喻为看一张细胞在分子水平的高清图片，那么利用活细胞转录组测序技术观测细胞，就好比看一部高清电影，能够看见细胞的"前世今生"。
陈万泽告诉记者，尽管该技术仍然存在诸多挑战，需要进一步完善，但首次实现了活细胞连续观测，也为单细胞测序技术发展带来了更多可能性。未来，团队将进一步进行深入研究，提高活细胞转录组测序技术的可用性。
来源： 中国青年报 邱晨辉2022-09-22