土壤是陆地生物地球化学过程的产物，也是人类生存的重要基础。微生物赋予土壤生命特性，并驱动其内部的生物地球化学循环。微生物在土壤结构改良、肥力提升、污染控制、应对全球气候变化等方面发挥着至关重要的作用。微生物在土壤中主要以微菌落或生物膜（biofilm）的形式附着在土壤矿物和有机物的表面。生物膜是由微生物（细菌、藻类、真菌和/或古菌）嵌入自身分泌的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）中，并附着在有机-无机界面上形成的。EPS作为生物膜的结构完整性载体，决定了生物膜的物理化学性质和功能复杂性。EPS在土壤中通过其粘附性、吸湿性和络合能力等特性，对土壤健康有着重要贡献。 然而，目前对土壤中EPS的研究尚不充分，尤其是在其生态功能和界面行为方面...

铁（Fe）是地球上最丰富的元素之一，广泛存在于土壤和沉积物中，并参与全球碳、氮和氧的循环。铁的氧化还原反应在生物地球化学循环中起着至关重要的作用，特别是在铁氧化和铁还原过程中。铁矿物，尤其是混合价态的铁矿物（如磁铁矿），由于其高表面积和氧化还原活性，能够影响环境中营养物质和污染物的迁移和转化。近年来，研究发现磁铁矿纳米颗粒（MNPs）可以作为微生物的电子供体和受体，充当“生物地球电池”，在微生物驱动的氧化还原循环中储存和释放电子。然而，磁铁矿纳米颗粒在连续氧化还原循环中的稳定性及其对矿物完整性和性质的影响尚不清楚。 本研究旨在探讨磁铁矿纳米颗粒在连续氧化还原循环中作为生物地球电池的可行性，并研究其矿物性质的变化及其对环境中污染物和营养物质的影响。通过微生物驱动的氧化还原循环实验，作者揭示了磁...

水力压裂（hydraulic fracturing）是一种从非常规储层中提取天然气的技术，但其过程中会产生大量的返排水和产出水。这些水中含有复杂的有机和无机成分，尤其是与这些流体相关的固体物质，通常富含铁（Fe）、有毒有机物、重金属和天然放射性物质（NORM）。尽管这些固体物质对环境和人类健康构成潜在威胁，但关于其成分及其与微生物群落的相互作用的研究仍然有限。此外，这些固体物质的长期环境归宿也缺乏深入理解。 本研究旨在分析来自英国Bowland页岩（Bowland Shale）水力压裂井的返排水中的固体物质，并探讨这些富含Fe(III)的固体在厌氧条件下被微生物还原的潜力。通过使用电子穿梭体（electron shuttle）——蒽醌-2,6-二磺酸盐（anthraquinone-2,6-d...

学术背景 氯代溶剂（如四氯乙烯和三氯乙烯）的广泛使用和不当排放导致了全球范围内土壤和地下水的严重污染。这些污染物不仅威胁地下水安全，还可能通过食物链影响人类健康。传统的微生物还原脱氯技术虽然能够降解这些污染物，但降解速率较低，且常常停留在毒性更高的中间产物阶段。为了提高降解效率，纳米零价铁（nZVI）材料被引入污染修复中，因其能够通过化学反应快速降解氯代溶剂。然而，nZVI的高反应性也可能对微生物群落产生毒性，尤其是在与微生物修复技术结合使用时，这一问题尤为突出。 近年来，硫化纳米零价铁（S-nZVI）作为一种新型材料，因其对氯代溶剂的选择性和反应性增强而备受关注。然而，关于S-nZVI对微生物群落的潜在毒性研究仍然有限。本研究旨在评估S-nZVI在好氧和厌氧条件下对微生物的毒性，特别是对氯...

学术背景 随着有机化合物对环境污染的威胁日益加剧，研究不同水生生物对有机化合物的毒性反应变得至关重要。这些研究不仅有助于评估污染物对整个水生生态系统的潜在生态影响，还为环境保护提供了重要的科学依据。传统的实验方法虽然能够提供一定的数据，但其成本高昂、耗时较长，且难以应对大规模化学物质的毒性评估。随着深度学习技术的快速发展，其在预测水生毒性方面表现出更高的准确性、更快的数据处理速度以及更好的泛化能力。然而，现有方法在处理高维特征数据时仍存在局限性，尤其是在捕捉分子复杂结构和相互作用方面。因此，如何开发一种能够同时预测多种水生生物毒性的多任务深度学习模型，成为了当前研究的重要课题。 论文来源 本文由Xin Yang、Jianqiang Sun、Bingyu Jin等研究者共同完成，他们分别来自U...