南都讯 记者伍曼娜 通讯员吴鸿瑶 蓝藻大规模暴发不仅会导致水下生物大量窒息死亡，还会严重威胁饮用水安全和人体健康。然而，自然界有一个长期被忽视的现象：藻华有时会在短短几天内突然消退，水面上的大片“绿毯”仿佛消失得无影无踪。
清华大学深圳国际研究生院（下称“清华SIGS”）副教授陶益、王潇雄团队联合清华大学环境学院教授胡洪营团队，敏锐抓住这一反常的消亡现象并进行观测，最终在蓝藻细胞中系统解析了“铁死亡”的调节性细胞死亡机制，揭示了藻华快速消亡的自然奥秘，为从源头精准遏制藻华暴发提供了全新思路。
近日，相关成果以“铁催化活性脂质过氧化产物触发藻华种群快速死亡”（Iron-catalyzed active lipid peroxides drive ultrafast collective cell death in blooming algae）为题，发表于《科学》（Science）期刊。
论文第一作者朱寅杰，通讯作者陶益、王潇雄（从左至右）。
拨开迷雾
揭示藻华种群“快速消亡”之谜
为了揭示藻华快速消失的秘密，论文第一作者、清华大学深圳国际研究生院2021级硕士生（后为2024级博士生）朱寅杰在2021年进行藻类试验时，发现一个现象：当藻细胞内的活性铁水平超过某一临界值之后，细胞膜损伤加剧，细胞死亡速度显著快于预期。
“铁死亡”的概念，于2012年从生命科学领域的肿瘤细胞研究中兴起。清华SIGS团队在复盘试验数据时发现，部分曾被忽略的指标显示，蓝藻细胞内氧化应激和铁代谢相关通路被同步激活。经过多种分析和验证，团队猜想：蓝藻水华快速消亡会不会存在着类似“铁死亡”的驱动机制？
为了验证这个假设，该团队在滇池开展了系统的野外监测。他们发现，蓝藻细胞内富含铁离子和脂质，在环境压力下，铁离子变得异常活跃，进而“点燃”脂质的过氧化链式反应，生成铁催化活性脂质过氧化产物。这类物质的分子构象发生变化，既可以通过改变细胞膜的生物物理特性造成细胞膜结构缺陷，最终导致细胞死亡，即“原发性铁死亡”；又会作为“死亡信号”从细胞膜上脱落，被周围细胞接触后进一步诱发这些细胞执行同样的死亡，即“继发性铁死亡”。信号一旦传播，就会以“星火燎原”之势迅速引发种群崩溃，即产生“旁观者效应”。
团队表示，这项研究拓展了过去认为“凋亡驱动藻华崩溃”的传统认识，为理解藻华快速消亡提供了新的研究思路和范式。“如果能操纵这种信号分子，就可能师法自然，在早期抑制藻华暴发。”陶益表示，这将为全球藻华治理带来新思路。
交叉融合
构筑科研创新“底座”
“这项研究最大的破局点，是学科交叉。”陶益道出了这项成果诞生的深层原因：不仅源于团队对“异常”现象的敏锐捕捉与持续深挖，更离不开交叉融合带来的创新灵感与突破口。
在清华SIGS，打破边界、合作共赢是师生们的科研常态，为科研“破局”提供了坚实的底座。陶益来自清华SIGS环境与生态研究院，他长期聚焦美丽中国建设中协同减污降碳关键问题，持续攻坚藻类水华防控以及藻菌协同减污降碳的原理与技术。王潇雄则来自海洋工程研究院，主要从事电过滤分散式水处理技术研究。两人的学术合作已经超过十年。
要解开这个科研“谜团”，单一学科的知识显得捉襟见肘。在此项研究中，陶益擅长对藻华自然现象的理解、概念设计、现象背后机制的挖掘、以及生态学意义的阐释，王潇雄更多从催化过程和工艺角度给出应用设想和规划。此外，清华大学教授胡洪营在概念设计和思路拓展上给予了重要指导，昆山杜克大学助理教授曹焕生在生物信息学方面的分析，进一步丰富了研究的维度。
学科交叉，不仅体现在人员的协同，更在于科研平台与思维方式的深度交融。要破解蓝藻水华快速消亡背后的“铁死亡”机制，需要打通生态、环境、生物、物理、材料等多个领域。依托清华SIGS开放共享的科研平台及各研究院之间的设备共享机制，团队采用了流式细胞仪、无标记活细胞显微镜、电子显微镜等设备。
四年磨剑
从被退稿到抢占“无人区”
交叉融合在带来创新突破口的同时，也意味着团队必须闯入“无人区”，直面重重瓶颈与挑战。
该研究需要参考哺乳动物细胞铁死亡领域的文献报道，在原核生物蓝藻上构建整套研究方法，这在环境工程领域几乎没有现成方法可供借鉴。为此，团队在方法论上跨界“拓荒”，从头学习构建算法、摸索试验药剂。
积累一定成果后，2023年底，团队开始尝试向一些环境类期刊投稿。经历了半年的等待，他们的论文却由于研究领域交叉性较强，无人审稿而被退回。然而团队没有气馁，最终将微观的生物学机制研究拓展到宏观生态学现象的解释，把他们更为扎实的研究成果投向了《科学》期刊。
这一次，他们收获了认可。《科学》期刊的三位审稿人都对该成果给出了很高的评价，认为该发现对藻类领域意义重大，研究方法和思路具有创新性，并鼓励团队进一步探索这一重大发现启示的藻类水华防控方法，持续深化这一领域的研究。
陶益（第一排左三）与学生在污染河道治理现场。
碧水安澜
携“中国良方”走向世界
“我们做研究的出发点，是解决真问题。”陶益的教导，让朱寅杰记忆犹新。“解决真问题”的科研态度，是一代代清华人薪火相传的精神底色，将论文写在祖国大地，是清华SIGS科研团队不变的追求。
长期在深圳的水环境治理实践，为陶益团队深刻理解复杂水体生态、推动理论向工程转化打下了坚实的基础。
二十多年来，清华SIGS团队先后参与水源和饮用水安全保障、污水净化与再生利用、茅洲河大沙河深圳河等河道治理修复、红树林保护与生态保育、赤潮灾害防治、深圳湾治理修复战略制定等多项工作，瞄准环境治理的“硬骨头”，守护深圳的绿水青山，并立足湾区，放眼全球，持续把“深圳经验”带到滇池、太湖等水体治理工作中，深度服务国际大科学计划，以绿色行动影响全球。
深圳市“十五五”规划纲要提出，加快全面绿色转型，打造可持续发展先锋。清华SIGS团队正是这一目标的“先锋队”。目前，陶益、王潇雄团队正致力于将研究成果转化为工程化应用，让“源头清藻”从实验室走向广阔的自然水体，为守护绿水青山贡献清华智慧与力量。
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