环境与生命矿物学的科学内涵与研究方法(2)
时间:2016-03-17 13:51 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:李胜荣,许虹,申俊峰 点击次数:
地球生物学的题中应有之义,既排斥仅仅从地质体中获取一些生物,孤立地进行生物学的研究,也排斥仅仅从生物体中获取一些矿物,孤立地进行矿物学的研究。无论前者还是后者,都不过是传统意义上的生物学或矿物学的变种而已。地球生物学生命力的核心在于紧密地将地球科学与生命科学相结合,使对地质体中生物的研究有助于阐明地质体的成因或地质作用的过程,使对生物体中矿物的研究有助于阐明生物体的成因或生物生命活动的过程。生命科学与地球科学的充分融合才是体现环境与生命矿物学强大生命力的核心所在。
2环境与生命矿物学的科学内涵
2.1环境与生命矿物学研究方向的提出
20世纪90年代,我国陈光远先生的研究集体与俄罗斯N.P.Yushkin院士的研究集体提出要对矿物与生物之间关系进行合作研究的计划,Yush-kin院士将这一合作研究的主题命名为Vita-miner-alogy,陈光远先生将该计划主题命名为生命矿物学。初期提出的计划主要还是关于矿物的生物成因问题,是成因矿物学的一个分支。1997年,陈光远先生的研究集体与前国际地质科学联合会主席W.S.Fyfe院士一起考察我国胶东金矿时,提出利用矿物工业废弃物与有机废弃物科学配比修复土壤能量系统促进植物生长的合作研究意向,1999年组成由我国孙岱生教授、加拿大W.S.Fyfe教授和日本KTazaki教授分别牵头的研究小组,开始在我国内蒙古包头市执行一项利用粉煤灰、水库淤积物、城市污水沉淀物改良沙化土壤的研究计划,该计划除提交了一份可能产生巨大社会、经济和生态环境效益的,在内蒙古广大地区进行科学改土的实验方案外,还在矿物与微生物、矿物与植物相互关系方面取得了一系列重要成果。2003年,李胜荣与葡萄牙、日本、加拿大、巴西等国科学家一起向联合国教科文组织和国际地质科学联合会申请并获准立项,开展了题为“Soilregenerationwitherosionproductsandotherwastes”的IGCP501国际地质对比计划研究,进一步推动了我国利用矿物废弃物和有机废弃物修复沙化、盐化、碱化、石漠化和各类矿山荒化土壤能量系统的科学研究、工程实验和野外推广工作,并通过密切的国际合作,使我国的该项研究水平一直处于国际前缘。2005年,我们邀请英国卡迪夫大学(CardiffUDiversity)D.Rickard教授来华交流生命发生过程中的矿物作用研究成果;此后,在执行国家自然科学基金和国家重点基础研究计划课题过程中又与清华大学冯庆玲教授等就生物矿物材料及生物大分子调制生物矿化及生物矿化对环境响应方面的研究进行了交流,进一步拓宽了我们关于矿物与生命现象联系之间的认识。
在开展上述研究过程中,无论在宏观层次上还是在微观层次上,我们都注意到矿物与生物的相互作用是该研究的关键科学问题,而矿物与生物的相互作用研究又离不开对生物的生态系统及环境的认识,同时矿物与生物相互作用的结果又常常导致生态系统和环境的变化。为此,我们提出环境与生命矿物学研究方向,从1998年开始招收博士研究生,开设了相应的研究生课程“环境与生命矿物学”,迄今已招收了多届博士研究生和硕士研究生。环境与生命矿物学方向是适应人类社会可持续发展的要求而提出来的,它的发展符合当今人类对自身健康、环境改善问题较以往任何时候都更为关注的现实和趋势,是国际矿物学界近几年兴起的研究热点,也必然是21世纪矿物学中最有生命力的前沿研究方向。
2.2环境与生命矿物学的主要研究内容
环境与生命矿物学方向是环境科学、生命科学与矿物学的交叉学科方向,我们曾对其研究内容进行过探讨。按照本学科发展的实际和研究的新动向,参考国外近年来的一些新著,我们对其研究内容作如下新的表述:
(1)生命起源的矿物表征和矿物作用;极端环境下的生物多样性及生物与矿物的关系。
(2)生物体的功能性矿物和病源性矿物(均称为生命矿物)组成;生命矿物在生物体生命过程中的作用和影响(例如候鸟脑部磁铁矿的导航作用,鱼类耳石接受声音和平衡定向作用;人体结石对人身健康的影响等);生命矿物的宏微观形貌和自组装分级结构;生命矿物成核与生长及其自组装过程的有机质调控机理;生命矿物响应环境变化的标型特征。
(3)生物作用下的矿物形成与破坏即生物矿化作用;生物矿化的过程和机理;专属性生物(特别是植物、微生物)对特定矿物质的依赖及其对特定矿物形成作用的标志(用于生物找矿)利用生物作用下矿物形成或破坏的机理进行环境修复。
(4)矿物在生物(植物、动物)生长中的作用;矿物影响生物生长的过程与机理;利用矿物影响生物生长的途径和方法学(例如采用矿物学措施进行土壤改良影响植物生长;利用动物饲料中的矿物添加剂影响动物的生长;利用食盐减量加碘等矿物学措施影响人体健康等)。
(5)矿物药的基源考证;矿物药的药性和药理;矿物药的炮制工艺;矿物成因、产地、微量元素对其药性的影响;不同成因、产地和具不同微量元素矿物的加工;药用矿物资源(未知的药用矿物和已知药用矿物产地)的开发。
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