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《DARPA计划开发能够微观海洋生物质电源支持海洋观测系统》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2024-09-08

  • 美国国防部高级研究计划局（DARPA）发布水下生物能源（BLUE）计划，该计划旨在研究溶解有机物、浮游植物、浮游动物甚至海洋微塑料做为海洋传感器燃料的潜力，探索能量密集型海洋生物质和微塑料做为绿色燃料的可行性。

    海洋传感器系统是维护国家安全、了解海洋环境动态和监测海洋气候变量的重要手段。目前，海洋传感器几乎依赖传统电池供电，受电池载荷和能量有限的制约，电池后期维护成本极高。BLUE计划为期30个月开发一款新型、持久、可持续、低环境影响的电池为远程海洋传感器系统提供超长续航和高有效负载能力。

    该项目计划（1）将重点关注可用于发电的海洋微生物质的表征，识别关键环境特征，并利用生物学将生物质转化为电能；（2）制定通过转化捕获和大量运输生物质的策略，实现长达一年的续航能力；（3）开展全面生态和环境影响评估，确定新电池的安全可靠性。

  • 原文来源：https://www.darpa.mil/news-events/2024-02-15
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相关报告

  • 《科学家呼吁采取行动探索海洋生物资源以开发海洋药物》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2021-01-30
    • 海洋物质是海洋生物在其复杂生态系统中数百万年的进化、适应和化学防御策略的产物。这样的功能分子具有非常高的潜力，可以成为挽救生命的药物，如用于治疗癌症或病毒感染。例如，当今使用的几乎所有抗病毒药物都可以追溯到20世纪50年代发现的海绵代谢产物。然而，海洋药物研发过程漫长且昂贵，需要长期的战略投资。 德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）的研究员Deniz Tasdemir教授与国际小组一起呼吁，在海洋生物资源的探索中，要有更好的战略和长期的资金支持。在《天然产物报告》（Natural Product Reports）上发表的评论中，该团队主张通过多种方式加快发现新的天然疗法，包括针对COVID-19的疗法。 半数以上的药物，特别是抗感染和抗癌药物，都来自天然产物，即生物体产生的有机小分子。迄今已发现超过40万种天然产物，其中10%来自海洋生物或其微生物共生体。海洋生物分子具有更高的化学新颖性，成为药物的机会比陆地分子高约4倍。尽管研究历史不长，但已有约15种海洋天然产物药物获得批准并在临床上使用。然而，海洋生物医药的研发过程漫长、风险大、成本高，而且资金长期不足，因此海洋在生物医药研究方面仍未被开发。 包括GEOMAR的Deniz Tasdemir教授博士在内的国际团队呼吁，在探索和利用海洋生物资源的化学成分作为潜在救命药物方面进行紧急投资，并制定更好的战略方案。Tasdemir教授指出，当前的COVID-19大流行在很大程度上强调了对天然产品进行长期投资的必要性，而现有的药物或候选药物很少。第一个抗病毒药物Ara-A是基于20世纪50年代在热带海绵中发现的一种小型核苷开发出来的，至今仍是我们使用的几乎所有抗病毒药物的祖先，过去已证明几种海洋生物分子可有效抵抗冠状病毒（MERS、SARS），但它们从未得到制药业的兴趣，无法跟进或被开发成药物。 森肯伯格研究所的生物学家和分类学家Julia Sigwart教授表示，海洋生命已经存在了约37亿年，是陆地生命的3倍，从而产生了巨大的生物多样性。然而，到目前为止，只有10%的海洋物种得到描述，人类对海洋的了解比对火星表面的了解还要少。只要有资金支持，研究人员就会报告许多新的海洋物种。由于缺乏分类能力，平均需要20年才能给一种新的生物命名，而这是对生物活性代谢物进行检测、纯化和化学表征之前的先决条件。因此，开发海洋药物有时需要40多年的时间。 Tasdemir教授强调，海洋生物发现是海洋生物技术的主要支柱，但由于其耗时长、风险大，已成为公共或行业研究资金的低优先级。一般来说，3-4年的公共资助计划非常有限，而且竞争非常激烈，行业对此没有兴趣，因此不可能开发海洋资源和医疗渠道。由于全球变暖和污染，海洋生物多样性已经严重下降，甚至在科学家们给生物命名之前，更不用说研究其生物医学潜力了。没有政府资助机构或制药公司投资海洋生物发现的早期阶段，这在各个方面都是致命的。 由森肯伯格研究所、斯德哥尔摩大学、阿伯丁大学和GEOMAR的研究人员组成的国际团队提出了扩大生物发现渠道的具体途径，以从海洋基因组的潜力中受益，促进全球公共健康：（1）公共基金机构对海洋生物发现的长期和优先投资，包括其早期化合物发现阶段；（2）学术界和工业界在所有阶段的密切合作；（3）为世界范围内的早期职业研究人员提供新的机会，从事高风险的研究，而不会危及他们的职业生涯；（4）与全球网络共享数据和复合库；（5）加强海洋生物多样性的源头保护。 海洋宝藏为人类健康提供了根本性突破，但仍未充分利用以造福人类。随着联合国海洋科学促进可持续发展十年（2021-2030）的开始，现在是时候采取有目的和系统的步骤来支持整个海洋生物发现计划并消除其瓶颈。该团队所提出的战略将大大增加未来全球挑战的解决方案的多样性，包括未来的大流行病。 （刁何煜 编译）
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  • 《海洋生物对海洋变化的适应性研究》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：mall
    • 发布时间：2019-02-18
    • 美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的研究人员报告了20年前发生的一个事件导致南极洲一角发生严重生态剧变的事件及后果，研究探讨了海洋生物适应突然变化的能力。 麦克默多湾是美国一个研究基地的所在地，也是世界上最南端的海洋生物栖息地。它的东面是一个大岛，西面是南极大陆，南面是罗斯冰架。这个大陆架的海冰通常在夏天沿着湾的东侧断裂。 由于洋流的对比，湾的东西两侧有不同的海底生物群落。东南侧有火山的湾区主要是海绵和称为苔藓虫的无脊椎动物，而西侧靠近新港口的两个研究地点处的泥泞海底发现的生物则与深海有机体相似。 在20世纪60年代和70年代，Paul Dayton教授和其他研究人员广泛研究了底栖动物。研究人员建立了人工基质—无脊椎动物可以附着在其上生长的表面。他们安装了在木桩上或悬浮在浮筒下的树脂玻璃板的阵列，通过将一些阵列抬离海底，科学家们可以观察到无脊椎动物，如海绵，是如何在较少暴露于自然底栖捕食者和竞争对手的情况下生存的。这些基质一直保留到今天，并定期对研究人员开放回访。 Dayton的一次回访发生在2010年。十年前，冰山从罗斯冰架上脱落，阻断了正常的水流，把食物带到麦克默多湾。冰盖使湾区的一部分在一年中的某一段时间暴露在阳光下，并在几年内陷入黑暗。在这一时期的相关发展中，变暖条件导致冰川融化和径流增加，以及冰架底部的融化。显然，融化的冰释放出大量的铁，这些铁被束缚在冰中（铁是某些光合浮游植物的重要营养物质）。 2016年的一项研究报告称，1990年至2010年期间，在西湾最南端的研究地点三文鱼湾（Salmon Bay）上方的一个相对较小的冰川发生了一场大洪水。洪水开辟了一条通向大海的新航道，将海滩埋在近一米厚的砾石下，并在研究人员建立的一个水下实验场地上沉积了近两英尺厚的沉积物。在航空和卫星拍摄的冰川照片中，几乎没有融化的迹象，但释放出大量内部融化的水。 Dayton提到，这一观测结果显示了冰川融化的复杂性，这不能仅仅通过空中测量来评估。在这种情况下，几乎所有的生物体都被海湾上大量的沉积物掩埋和杀死，这为生态学家提供了一个研究生态群落如何恢复的机会。 Dayton和他的同事在2016年的第二篇论文中报告了几十年前悬浮在底部以上的人工表面上的显著变化。它们实际上已经25年没有生物活动了，但是在20世纪90年代末到2000年，在冰山从罗斯冰架上脱落后，它们突然被生长缓慢的海绵所覆盖。到2010年，所有的玻璃板由于海绵的重量都发生了沉降，与此同时巨型冰山阻挡了整个湾区。 麦克默多湾的另一面也存在差异。在这里，70年代中期在新港建立了软底生境的基线横断面，到80年代没有观察到任何重要的变化。对20世纪70年代的横断面进行详细的重新测量后显示出了一些变化，如蛤蜊、沉积物喂养的海胆和海星等滤食动物几乎消失了。这些无脊椎动物被认为是依靠水柱中较大的浮游植物颗粒作为食物，而被其他物种取代，例如一些多毛蠕虫和食用微小浮游植物的苔藓虫。 这些变化都与正常的海洋运输系统被冰山阻塞有关系。作者认为，这改变了那里生物所能获得的营养物质的性质。生态系统中铁的增加，使浮游植物的大小分布从蛤和海胆所需的相对较大的颗粒转变为多毛类消耗的非常小的颗粒。Dayton推测，随着气候变暖和冰雪条件的开放，早期的分布和丰度模式将回归。 这些研究为未来的生态学家提供了一套完全独特的长期数据，使他们能够评估由于海洋和冰环境的变化而导致的许多预期变化，这种理解可以作为未来几十年保护工作的基础。 （王琳 编译）
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