上海海洋大学深渊科学技术研究中心

  深渊科学技术项目的灵感来自于“蛟龙号”。“蛟龙号”在5000米级海试和7000米级海试过程中邀请海洋科学家参与海试过程,充分挖掘了每个试验潜次的科学价值,让参试的工程技术人员体会到了科学家与工程技术人员密切结合的好处。另一方面,从2010年美国纪念人类到达马里亚纳海沟的最深处---“挑战者深渊”50周年的纪念专刊中了解到了深渊科学与技术是海洋领域最前沿的科学与技术。因此,在“蛟龙号”7000米级海试结束后,具有国际视野的海洋地质学家、也是助蛟龙号项目成功的幕后英雄、“蛟龙号”海试技术咨询专家组组长、海试现场验收组长、美国明尼苏达大学高级科学家丁抗博士给科技部提出了如下的建议:“对比目前国际上能携带科学家的载人潜水器,唯有蛟龙号能够在属于所谓HadalDepth(海斗深度,指6000-11000米的深度区间)的 6500-7100米深度段进行科研作业,而这样的深度具有极为特殊的生物活动,但是我国科技界拥有的这个独一无二的深潜优势估计将在3-5年或者更短的时间内丧失;这次的海底作业表明,蛟龙号7000米海试的下潜区域是一个具有重要科学研究意义的地点,它紧挨挑战者深渊,具有丰富和明显的生物与地质活动的多样性,并且能够得到所属国密克罗尼西亚政府的支持。 查看详情>>

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深渊科学团队

方家松

岗位: 深渊中心副主任
职称: 教授
研究领域: 地质微生物学、生物地球化学
1978–1982江汉石油学院(长江大学)学习,学士
1985–1987北京石油勘探开发研究院学习,硕士
1987–1989路易斯安那州立大学地质与地球物理系学习,硕士
1989–1993德州农工大学海洋系学习,博士
1994–1995迈阿密大学微生物系,博士后
1995–2001密执安大学土木与环境工程系,助理科学家
2001–2008 衣阿华州立大学地质系,助理教授
2008–2012夏威夷太平洋大学自然科学系副教授
2010–2013   同济大学海洋与地球科学学院讲座教授
2012–现在夏威夷太平洋大学自然科学系教授

方家松(jfang@hpu.edu   js-fang@shou.edu.cn),海洋学博士,微生物学博士后,夏威夷太平洋大学教授。主要研究领域为地质微生物学和生物地球化学,主要包括深海高压微生物和深部生物圈,研究手段包括传统的以实验室培养为基础的研究方法和非传统的分子微生物、生物标志化合物和稳定同位素方法。近年来,方家松教授在深海嗜高压细菌分离培养技术、深海嗜高压细菌的生物化学、生理学和地质微生物学等方面取得了一系列研究成果,如:在极端环境下(深海高压)的生物地球化学和地质微生物、细菌对深海极端环境的适应性、生物膜及叠层石的生物地球化学和地质微生物学研究及其与生命起源的关系等研究方面。

主要荣誉和学术兼职:
Deep-Sea  Research I 副主编
Groundwater 的副主编
2003年获美国航天航空局(NASA)、美国工程教育学会、大学空间研究协会授予的《杰出研究奖》(Research Excellence Award)。
 
代表性成果
 1.      嗜高压微生物调控的深海碳循环:PDPMC (POM-DOM piezophilic microorganism continuum)
与其它碳循环模型不同,我们的PDPMC模型强调深海嗜高压微生物在海洋碳循环中的主导作用(Fang et al., 2012, 2014):嗜高压微生物适应了深海高压和富难降解溶解有机物的环境,它们在POC转化成高分子量的DOC,然后将后者转化成低分子量的DOC,并进一步对DOC的降解,都起着关键性的作用。该模型为我们认识海洋碳循环提供了一个mechanistic understanding。有助于我们解决全球碳循环中的一些关键问题,如海洋POC和DOC之间的相互转换、POC及DOC的化学结构及微生物可降解性、海洋碳储库的变化及对微生物在海洋碳循环的控制性作用,等等。
 2.      深部生物圈高压微生物分离的最新世界纪录最深洋壳沉积物中嗜高压微生物的分离与研究
2012年9月,我们从IODP 337航次获得了三个来自西太平洋海底以下1498.49米、1999米和2406.84米深度采集的深部生物圈沉积物样品。目前已分离出多株革兰氏阳性产芽胞嗜高压厌氧菌,它们隶属于厚壁菌门杆菌和梭状芽胞杆菌类。这些分离出的嗜高压细菌创造了从深部生物圈分离出嗜高压细菌的最深世界纪录。此外,我们的研究也表明,深部生物圈的优势种群可能是嗜高压芽孢革兰氏阳性菌及其芽胞(endospore) (Fang et al., 2013)。以上研究表明,深部生物圈微生物的种群结构和多样性可能与表层生物圈显著不同,细菌的芽胞可能是深部生物圈微生物群落的重要组成部分。这个发现将从根本上改变人们对深部生物圈微生物种群结构和多样性的认识。
 3.      嗜高压细菌脂类化合物合成及其在高压条件下的碳、氢同位素分馏
这是我们近期一直在倡导的一个新的生物地球化学研究领域—高压同位素生物地球化学。嗜高压细菌有独特的生物标志化合物和与嗜高压细菌生长压力有关的碳、氢同位素分馏特性。生物标志化合物(包括脂类化合物和氨基糖 (胞壁酸和吡啶二羧酸等) )及其碳、氢同位素特征,是研究深海碳循环、深部生物圈微生物-岩石-水相互作用、微生物代谢以及生物地球化学循环的重要工具(Fang et al., 2006, 2014)。但目前海洋学家和生物地球化学家所用的碳、氢同位素地球化学理论是基于地表微生物而建立起来的,不适用于深海和深部生物圈地球化学过程的研究。我们的研究表明,深海嗜高压微生物在脂类化合物生物合成中的碳同位素分馏与微生物生长压力有关,压力越高,碳同位素分馏越大。我们的研究成果为探索深海和深部生物圈碳循环、氢循环、微生物生理和生物地球化学过程提供了极有价值的研究工具,也为今后建立高压同位素生物地球化学、进行脂类化合物的高压同位素异数体研究提供了理论基础和实验数据。
 4.      嗜高压细菌生物化学和生理学研究
我们的研究组在世界上首创了LC-MS磷脂分析方法(intact phospholipid profiling; Fang et al., 1998),并首先对嗜高压细菌细胞膜磷脂进行了分析(Fang et al., 2000),率先提出嗜高压细菌磷脂生物合成的生理学意义及其对嗜高压细菌适应深海高压环境的生理作用(Fang et al., 2000)。我们最近对革兰氏阳性细菌Sporosarcina sp. DSK25的研究(Wang et al., 2014)取得突破性进展,发现革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌一样,在高压条件下能合成多不饱和脂肪酸,这是地表革兰氏阳性细菌所不具有的生物化学特性,也是嗜高压细菌适应高压环境的一种“长期性”生物化学适应机理(Wang et al., 2014)。

1.  Fang*, J., Zhang, L., Li, J., Kato, C., Zhang, Y., Tamburini, C., Wang, G., Wang, F., and Dang, H., 2015. The POM-DOM piezophilic microorganism continuum (PDPMC) –the role of piezophilicmicroorganisms in the global ocean carbon cycle. Science China (Earth Sciences), 58, 105-116.
2.  Fang*, J., Li, C., Zhang, L., Kato, C., and Bartlett, D. G., 2014. Variations in dD of fatty acids biosynthesized by piezophilic bacterium Moritella japonica DSk1 reflect different biosynthetic pathways. Chemical Geology367, 34–38.
3.   Wang, J., Li, J., Dasgupta, S., Zhang, L., and Fang*, J., 2014. Alterations in membrane lipid composition of piezophilic Gram-positive bacterium Sporosarcina sp. DSK25 at high pressures. Lipids, 49, 347–356.
4.   Fang, J., Kato, C., Hori, T., Morono, Y., Inagaki, F., and IODP Expedition 337 Scientists. 2013. Piezophilic BacteriaIsolated from Sediment of the Shimokita Coalbed, Japan. American Geophysical Union Annual Fall Meeting, December 9-13, 2013, San Francisco, CA.
5.   Fang, J., Uhle, M., Billmark, K., Bartlett, D. H., and Kato, C., 2006. Fractionation of carbon isotopes in biosynthesis of fatty acids by a piezophilic bacterium Moritella japonica DSK1. Geochimica et Cosmochimica Acta70, 1753-1760.
6.  Fang, J., Barcelona, M. J., Kato, C., and Nogi, Y., 2000. Biochemical function and geochemical significance of novel phospholipids isolated from extremely barophilic bacteria from the Mariana Trench at a depth of 11,000 meters. Deep-Sea Research I47, 1173-1182.
7.  Fang, J., and Barcelona, M. J., 1998. Structural determination and quantitative analysis of bacterial phospholipids using liquid chromatography/electrospray ionization/mass spectrometry.  Journal of Microbiological Methods33, 23-35.
8.   Liu, L., Wang, L., Wei, Y., Fang*, J., 2017. The hadal biosphere: recent insights and new directions. Deep-Sea Research II, in press.
9.   Fang, J., Kato, C., Runko, G. M., Nogi, Y., Hori, T., Li, J., Morono, Y., Inagaki, F., 2017. Predominance of viable spore-forming piezophilic bacteria in high-pressure enrichment cultures from _1.5 to 2.4 km-deep coal-bearing sediments below the ocean floor. Frontiers in Microbiology, 8:137. doi: 10.3389/fmicb.2017.00137.
10.   Wei Y, Cao J, Fang J, Kato C, Cui W. 2017. First complete genome sequence of Marinilactibacillus piezotoleransstrain 15R, a marine lactobacillus isolated from coal-bearing sediment 2.0 kilometers below the seafloor, determined by PacBio single-molecule real-time technology. Genome Announc 5:e01625-16. https://doi.org/10.1128/genomeA.01625-16
11.   Wei, Y., Cao, J., Fang, J., Kato, C., Cui, W., 2017b. Complete Genome Sequence of Bacillus subtilis Strain 29R7-12, a Piezotolerant Bacterium Isolated from Coal-Bearing Sediment 2.4 km Below the Seafloor. Genome Announcement, 5: e01621-16.
12.   Li, L., Zhou, H., Wang, F., Geng, G., Cui, J., W, Z., Liu, Y., and Fang*, J., 2016. Fe-Si-rich low-temperature hydrothermal precipitates in the Lau Basin: the characteristics of mineralogy, geochemistry, ultrastructure and microbiology. Chemical Geology, submitted.
13.   Liu, Q., Li, J., Wei, B., Zhang, X., Zhang, L., Zhang, Y., and Fang*, J., 2016. Leeuwenhoekiella nanhaiensis sp. nov., isolated from the deep-sea water of the South China Sea. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 66, 1352-1357.
14.   Li, J., Zhou, H., Fang*, J., Wu, Z., Peng, X., 2016. Microbial distribution in a hydrothermal plume of the Southwestern Indian Ridge. Geomicrobiology J., 33, 401-415.