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    大脑的神经回路是一个极其复杂的网络,包含数十亿个神经元细胞,在这些细胞间又存在着数以百亿计的连接。如果只了解其中单个分子或单个神经细胞的工作机理而不了解多个神经元细胞之间连接之后的网络结构和集体行为方式,是无法理解大脑复杂且高等的功能行为的,也无法解释很多脑部疾病的致病机理。目前,尽管成像技术众多,但仍然缺乏可以在亚细胞神经元突起水平上描绘出单个脑组织中所有细胞以及神经投射图谱的方法。因此,构建出一种能快速绘制神经网络联接图谱,展现全细胞细节并与电子显微成像相关联以发挥二者优势的光学成像技术,对我们了解大脑的工作机制和相关疾病机理具有重大意义。

      为了实现这个目的,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张若冰课题组提出一种光学多层干涉断层成像方法——“Optical Multilayer Interference Tomography (OMLIT)”。原本仅用于收集超薄切片的卷带以及为电镜成像提供导电性的导电镀层在光学显微镜下发挥了意想不到的作用:光经过层与层之间的反射与干涉后到达物镜,获得了对比度增强的图像。OMLIT在此基础上通过测试收集超薄切片时所使用的卷带材料、镀层材料、镀层厚度、超薄切片厚度等因素,寻找到一种在光学分辨率下获取满足介观尺度下要求的图像的条件。

     这种成像方法另外的优势在于快速高效准确。相较于电子显微镜成像所需3.5小时,OMLIT在最快12分钟内获得了神经突触水平下的小鼠皮层三维结构数据集(0.95×1.15×0.027mm3),可区分和重建所有神经元和神经胶质细胞的形态以及空间位置,以及毛细血管和神经突触的交织网络。最终使用扫描电镜验证了OMLIT的成像与三维重建精度,展示了两种成像方法之间的兼容性。未来可将长程神经投射图谱与单个脑组织中全细胞的局部回路的互补突触级细节合并,提高大尺度脑图谱的成像通量。

     相关成果已经以“Optical Multilayer Interference Tomography Compatible with Tape-Based Serial SEM for Mesoscale Neuroanatomy”为题在线发表在ACS Photonics(IF = 7.529, JCR Q1)上,并选为补充期刊封面。论文第一作者为硕士生范昊,通讯作者为张若冰研究员。

      论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.1c00892

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    美国研究人员发现,变异新冠病毒奥密克戎毒株有至少一处变异由一种特殊基因片段导致,而且这个基因片段存在于其他多种病毒中,包括一种导致普通感冒的病毒。

    据路透社网站4日报道,美国马萨诸塞州剑桥市数据分析企业nference研究人员发现,这个基因片段未在先前发现的几个版本新冠病毒中出现,却为其他多种病毒和人类基因组所有,其中包括导致普通感冒的冠状病毒HCoV-229E和导致艾滋病的HIV病毒。

    研究人员认为,这一基因片段可能会令奥密克戎毒株逃脱人体免疫系统攻击,这意味着奥密克戎毒株可能更易传播,但感染者的症状更轻甚至无症状。

    这篇研究报告2日在美国一家分享科研信息的非营利组织网站上发表,未经同行评议。

    先前研究显示,新冠病毒和普通感冒冠状病毒可以藏匿在人体肺部和胃肠系统细胞中。这为病毒重组创造了条件,令宿主细胞中的两种不同病毒得以相互作用、各自复制,产生含有来自两种病毒基因物质的新“副本”。

    上述报告主要研究人员文基·孙达拉拉詹说,在发现奥密克戎毒株前可能已经发生好几代病毒重组。

    目前全球尚无奥密克戎毒株传播力、致病力和免疫逃逸能力等方面的系统研究数据,仍需进一步研究了解这种毒株的特性。

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    随着变异新冠病毒奥密克戎毒株迅速在全球扩散,多国紧急升级防控措施。奥密克戎真得有那么可怕吗?现在的疫苗还有用吗?需要更换疫苗靶点吗?第二届大湾区(深圳)疫苗峰会12月4日在深圳开幕。

    在论坛上,钟南山院士表示,奥密克戎并没有那么可怕,现在的疫苗还是有保护效力的,是否需要更换疫苗的靶点还得观察两三周,目前来说关键还是要做好防控。

    钟南山院士表示,奥密克戎毒株传染性肯定是更强的,但致病力并没有那么强,从南非的反馈看,多数的病人症状相对比较轻。至于现在的疫苗保护力会不会降低?这个正在紧锣密鼓的研究中。

    但总的来说,钟南山院士表示,我觉得我国采用动态清零的方式是非常有效的,我们对这个奥密克戎并不需要害怕,根据很多国家的报道,病例数量都是十几例、几十例,而过去一天就可以出现几万例,“我国采用的是一个客观的动态清零的方法,所以我的看法是对待新冠肺炎疫情,预防是主要防控措施,是控制新冠肺炎疫情的关键。”

    至于现在疫苗的保护效力是否会降低,是否需要紧急更换疫苗的毒株靶点,钟南山院士表示,没有必要立刻更换毒株,首先我们的病毒灭活疫苗比较靠谱,它覆盖的抗原比较广,不会对奥密克戎完全无效。“我知道好几个大的疫苗公司都已经开始准备研发新的疫苗,换这个应该不会有困难,但是不是要赶快换,我觉得要观察一下。”钟南山院士说,第一个是要看奥密克戎的传播的情况,还要看奥密克戎的致病力。假如他并不那么可怕,就没有必要马上换,我们慢慢就会像对待流感一样来对待它,“所以我认为现在不是一个需要紧急调整的时候,大概要两三周以后看看它的发展趋势再决定。”

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    截至当地时间12月4日20时,英国新增75例感染奥密克戎变异毒株病例,使累计感染病例增至160例。

    据英国卫生安全局(UKHSA)的最新分析数据显示,对于奥密克戎变异毒株来说,感染和传染性之间的窗口可能更短。

    UKHSA官员说:“潜伏期的缩短增加了出国前检测的效力,因为它更有可能在旅行前发现阳性病例。”

    英国卫生大臣周六宣布,从12月7日凌晨4时起,航空公司将被要求在填写乘客座位表的同时检查出发前的核酸检测结果,如果没有提供阴性证明的乘客将不被允许登机。

    UKHSA官员说,鉴于奥密克戎的潜伏期缩短,建议乘客不早于旅行前48小时进行离境前的核酸检测。

    周六早些时候,有消息称,在英国被证实感染奥密克戎的病例中,有一半以上接种了两剂疫苗。

    UKHSA周六发布的一份技术简报显示,截至11月30日的22个已知病例中,有12个已经完全接种疫苗;另外两个被感染的人至少在四周前接种了第一剂疫苗;6人没有接种疫苗;还有两个病例没有数据。

    然而,这些数据并没有告诉我们疫苗对奥密克戎的保护效力如何。

    此前的数据显示,感染德尔塔的大多数病例也是在完全接种疫苗的人群中,因为英国现在12岁以上的人口中有80%以上已经接种了两剂疫苗。

    英国卫生安全局还发布了一份对奥密克戎的风险评估。该机构对该病毒发出了最高的 "红色 "警报。因为根据其变异程度,在理论上被认为有能力逃逸疫苗和自然获得的免疫力。该机构还警告说,它可能降低单克隆抗体治疗的有效性。

    然而,重要的是,以上这些都是初步分析,虽然看起来并不乐观,但仍没有确凿的证据表明奥密克戎的所有突变将如何改变现实世界。

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    谐振子对于量子光学和分子物理学来说是教科书中一个基础内容。其等间隔能级使得人们可以构建表现为经典行为的相干态以及组装非经典态。特别的是,压缩态已经被用来减少测量噪声突破了标准量子极限。这对于连续可变的量子信息处理中的量子计量和量子门来说是非常重要的。
    人们已经在不同系统中制备了压缩态。在机械振子中,压缩通常是通过施加一个控制初始态量子演化到压缩态的微扰哈密顿量来产生的。在这种情况下,压缩态制备速率受限于量子速度极限。耗散油藏工程技术中以振荡器频率调制的势场也能够用来产生压缩。这些方案的操作通常需要很多振荡周期来达到可用的压缩。因此,这些方案仅仅被应用在高质量因子的振荡器中以避免比振动周期更长的相关退相干机制。在一个噪声振荡器中,例如非理想谐振势的光晶格,压缩需要在自由空间来演化,操作也不是单一的。另一方面,如果系统的哈密顿量快速变化,粒子的位置-空间波函数仍保持完整而且波函数能够被表示为一个新的本征矢。在这种情况下,初态和末态重叠的反余弦不为零,以至于量子速度极限是不适用的。这就提供了一种无退相干的快速量子态加工方法。这个方法已经通过在囚禁离子上的势场非瞬时开关和光力学系统中热态来证明了,但是还没有通过量子区域中的势场突变来实现。
    2021年10月27日,新加坡南洋理工大学的Shau-Yu Lan课题组在《物理评论快报》(PHYSICAL REVIEW LETTERS)上发表了题为:“Rapid Quantum Squeezing by Jumping the Harmonic Oscillator Frequency.”。文章中,作者通过控制光晶格激光的强度来产生振动基态原子的压缩和反压缩。利用同样的方法,作者实现了一个压缩协议来放大最小值的位置突然移动而产生的位移算符。这些结果可以加速量子门并在嘈杂的环境中实现量子传感和量子信息处理。

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    原子跃迁频率的精密测量已经达到了小于10-18水平,使得从光钟到检验基础物理理论等科学和技术取得突破性进展。至今为止,尽管分子光谱研究的精度比较低,但是分子体系独特的结构和对称性非常适合于研究基础物理。一个突出的例子就是寻找电子的永久电偶极矩。分子也能被用于检验宇称不守恒和测量基本常数及其可能的随时间的变化。而且,超冷化学、碰撞的研究以及天文物理光谱的解释也需要精确知道分子常数。
    在过去,中性分子精密谱通常是基于冷分子束流进行的,其探寻时间仅有几个微秒。基于囚禁分子的光谱测量提供了一些好处,例如相互作用时间的增加能够重复性探测弱跃迁谱线。人们已经发展了制备亚毫开分子系综的多种不同技术。很多研究组也已经利用Ramsey光谱在光偶极阱或者磁阱中观测到了毫秒或者更长时间尺度的相干现象,包括KRb、NaK、Sr2和CaF等分子。将类似的方法应用到多原子分子是非常有趣的。因为其对称顶端和近对称顶端能级结构提供了等间隔奇偶双峰,能够用于量子模拟、量子信息处理和精密测量。人们也已经提出将大分子的内部振动自由度用于单分子量子信息处理。
    2021年10月18日,德国马克斯普朗克量子光学研究所Martin Zeppenfeld课题组在《物理评论快报》(PHYSICAL REVIEW LETTERS)发表了题为:“High-Resolution “Magic”-Field Spectroscopy on Trapped Polyatomic Molecules.”的文章。文章中,作者将几kHz分辨率的囚禁分子光谱扩展到了多原子分子。首先,分子被囚禁在微结构电极阱中,该阱在大部分囚禁区域提供了可调谐的均匀电场得以减少斯塔克展宽。其次,选择合适的分子跃迁,该跃迁的两个能级在一个“魔幻”电场值下的斯塔克频移之差趋于零。斯塔克展宽因此进一步减少。第三,通过将分子冷却到低mK温度区域来降低多普勒展宽。作者在甲醛分子体系中证实了这种方法,其中通过光电西西弗斯冷却方法来冷却甲醛分子。斯塔克展宽被抑制到了亚kHz水平,使得作者测量到了有3.8 kHz半高全宽的光谱。最终的光谱展宽主要是由于多普勒展宽引起的。根据测量到的电场分布和阱内分子能量分布情况,作者通过对观测线形进行建模,几乎重现了实验观测到的线形。因此基于统计和对称性误差分析,“魔幻”场跃迁的中心位置的确定精度小于100 Hz。这些方法为研究各种多原子分子提供了多种可能。

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    11月5日,英国技术中心国家网络下属量子通信枢纽(Quantum Communications Hub)发文称,英国和美国最近签署了一份新的关于在量子信息科学和技术领域合作的联合声明。该声明由英国科学大臣乔治·弗里曼和美国白宫科技政策办公室主任兼总统科学顾问埃里克·兰德博士签署,旨在推进两国以 2017 年签署的英美科技合作协议为基础的共同愿景和。
    新声明列出了以下共同优先事项
     促进国家量子计划之间的联合研发工作
     开拓全球市场
     并为科学家和工程师提供培训机会
     为了促进新的研究合作,两国同意加强英国研究与创新机构与美国国家科学基金会之间的伙伴关系。
    声明还承诺鼓励英美两国的产业合作。为了在全球范围内发展量子产业,两国企业将在未来几个月内会面,讨论潜在的合作。英国国家物理实验室 (NPL) 和美国国家标准与技术研究所 (NIST) 还打算通过在以下领域协调项目、共享教职员工和学生来推进他们的伙伴关系:量子计量学、计算、时钟和未来的技术标准。

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    恒温是一种能够产生和保存代谢热量,维持高于周围环境的体温的能力。恒温常见于哺乳动物和鸟类。由于水的高导热性,鱼类在保持体温方面面临着巨大的挑战,只有不到0.1% 的鱼类能够保存体内产生的热量。恒温性鱼类具有强的游泳效率,高耐寒性,垂直迁移的良好视力,以及在捕食者-猎物互动和生态位扩张方面的竞争优势。金枪鱼,剑鱼等被称为局部恒温物种,最近人们发现月鱼,具有全身恒温,这被认为是鱼类中独一无二的。然而,其潜在的分子机制仍不清楚。月鱼为研究水生动物全身恒温动物的进化机制提供了极好的机会。

    全球分布的月鱼最初被描述为Lampris guttatus (Brünnich, 1788),后来根据地理分布和形态学分为小眼太平洋月鱼(Lampris incognitus)、南部斑点月鱼(Lampris australensis)、大眼太平洋月鱼(Lampris meggalopsis)、北大西洋月鱼(Lampris guttatus)和东大西洋月鱼(Lampris lauta)。近日,中国科学院深海科学与工程所何舜平研究团队在期刊Zoological Research接收题目为“Opah (Lampris megalopsis) genome sheds light on the evolution of aquatic endothermy”的研究。该研究的月鱼是由中国金枪鱼延绳钓船“平太荣65号”在南印度洋海域采集,并于2018年9月12日由“平太荣冷2号”运往中国舟山进行解剖和肌肉提取。细胞色素c氧化酶I (CoI)和细胞色素b (Cytb)基因建树,鉴定该样品为大眼太平洋月鱼 (L. megalopsis)。我们组装了大眼太平洋月鱼的基因组(1 091 Mb),由12081个contigs组成,其中contig N50为590 kb, N90为30 kb。在月鱼基因组中共注释了23755个基因。

    他们利用月鱼基因组与其他非恒温鱼类进行比较基因组学分析,单拷贝直系同源基因进行正选择和快速进化分析,多拷贝基因家族进行扩张和收缩分析,候选基因进行GO和KEGG注释富集,发掘与月鱼产热和保温相关的候选基因。基于之前形态学的研究,他们已经知道月鱼的产热方式之一是深红色肌肉的代谢产热,慢肌的含量是目前已报道鱼类中最高的,所以他们在慢肌的发育和分化相关的基因中发现了3个正选择基因和1个快速进化基因,其中Gli1和Dcn均被报道降低表达慢肌含量减少,反之亦然;在肌肉的收缩和舒张过程中,钙离子的扮演着非常重要的角色,钙离子能够调控收缩蛋白的活性,KEGG 钙离子的信号通路中他们发现了3个正选择基因还有3和基因家族扩张;肌纤维的组装中,有6个正选择基因参与肌纤维的正确组装和肌纤维的基本组成。月鱼高的颅温来自于另一个产热方式,眼睛上直肌的肌肉有高的柠檬酸活性,之前也有人报道是由肌磷脂蛋白(Sln)介导的非颤抖性产热,肌肉中缺少肌纤维,有更高含量的Serca和Ryr1,当肌磷脂蛋白与Serca结合时导致钙离子“打滑”,从而导致更高的ATP消耗产热;月鱼中Serca基因快速进化,Ryr1基因受到正选择。任何机器的运转都离不开能量的供应,月鱼全身性的恒温预示着比其他鱼类消耗更大的能量;我们在能量供应方面发现,1个正选择基因Pgm2涉及到糖异生,还有1个正选择基因Dlat涉及到三羧酸循环,另外他们发现在乳酸脱氢酶A(Ldha)中有两个正选择位点,经过基因合成,原核表达,扩大化培养,纯化蛋白后检测酶活性显示,月鱼的乳酸脱氢酶A活性高于三刺鱼,月鱼正选择位点突变后酶活性显著性降低,说明月鱼的乳酸脱氢酶酶A活性高于三刺鱼,且正选择位点扮演了重要的角色;保温方面,由于水的高比热容,鱼类恒温的一个重大挑战是鳃中的热量散失,月鱼鳃弓的解剖显示存在逆热流交换的血管网,在眼睛的上直肌中同样存在;在血管的发育过程中2015年Kidoya报道老鼠皮肤中动静脉血管并列的现象是由动脉血管产生Apelin,静脉血管特异性表达Apelin 受体,Apelin诱导静脉血管内皮趋化性,动静脉血管之间细胞外基质重构支持静脉移位,最终使动脉血管和静脉血管平行;其中Ang1能够诱导Apelin表达,Ang-1 在月鱼中扩张;或许在某种程度上增加了月鱼中丰富的逆热流交换血管网的形成;保温的另一个策略是厚的脂肪组织,在深红色慢肌、鳃弓中逆热流交换血管网和眼睛上直肌都外被厚的脂肪组织隔绝海水,所以他们又将目光放在了脂肪相关的通路中,在脂肪酸代谢通路中Aact受到正选择,Insig1和Ebf2快速进化;脂肪不仅有物理的隔离作用,同时脂肪因子也会影响内部的血管功能通过AMPK信号通路,我们在AMPK信号通路中发现有2个快速进化基因Adipor和Insig1;

    在该研究中,科学家们首次发布了大眼太平洋月鱼的基因组,并与非恒温鱼类进行了比较基因组分析,揭示了恒温鱼类的遗传基础。通过对正选择、快速进化和基因家族扩张分析,他们发现了可能与产热和保温有关的候选基因丰富了鱼类中恒温的研究,为清晰水生生物恒温性奠定基础。

    中国科学院深海科学与工程研究所何舜平与水生所杨连东为该研究的通讯作者,薄晶为论文第一作者。

      https://www.zoores.ac.cn/en/article/doi/10.24272/j.issn.2095-8137.2021.183

    来源机构: 中科院深海科学与工程研究所 | 点击量:2
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    近日,中国科学院海洋研究所王海艳研究团队综合利用分子生物学、生物地理学、古生物学方法对牡蛎科(Ostreidae)贝类进行详细的系统发育和生物地理研究,研究成果在系统演化及进化国际经典期刊 Molecular Phylogenetics and Evolution 发表。

    牡蛎生活于潮间带和浅水区,是世界性广布种,有约2.5亿年的演化历史,丰富的化石记录忠实反映了海岸地质的变迁与物种的更替,对研究贝类和地球环境的共同演化、海洋生物多样性中心形成过程具有重要价值。王海艳团队对牡蛎科全球化石分布记录进行了系统整理,并利用分子数据对牡蛎科的起源、分化时间以及扩散历史进行追溯。

    分化时间及生物地理重建结果表明,牡蛎科起源于早侏罗纪(约180百万年前)环北极地区,之后经历4次较大规模生物多样性中心的转移和物种更替,最终形成当前的分布状态。晚侏罗纪-早白垩纪(约180-100百万年前)环北极区域为当时牡蛎物种起源、保存和扩散的重要区域。此时,环北极区域各大陆的连通与隔离,以及北大西洋的扩张促进了牡蛎各亚科的形成。白垩纪晚期(约100-66百万年前)北大西洋东西两岸为牡蛎多样性热点区域,之后向特提斯海转移。第三纪(约66-23百万年前)特提斯海的缩小促进了牡蛎主要支系的分化,特别是巨蛎属(Crassostrea),主要支系分化的时间地点与地质事件发生的时间和地点相吻合。自印度与欧亚大陆板块相撞之后(约45百万年前),西太平洋热带海域逐步演变为现生牡蛎的物种多样性中心之一,特别是中新世(约23百万年前)以来,为牡蛎物种的保存发挥重要作用。

    研究还发现,灭绝事件、不同种牡蛎的环境适应能力、繁殖方式对牡蛎分布模式的形成起到关键作用。另外,化石种和现生种分类系统的统一亟待解决。该研究为牡蛎及其他贝类的物种多样性形成过程及其多样性中心在漫长地质历史上的转移过程提供了参考及新的见解。

    本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院B类战略性先导科技专项、国家重点研发计划等项目资助。李翠博士后为论文第一作者,王海艳研究员为通讯作者。

    论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1055790321002013?via%3Dihub

    来源机构: 中科院海洋研究所 | 点击量:3
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    非编码RNA中的miRNA和tRNA在基因表达调控中扮演重要角色,然而在棘皮动物中相关研究非常缺乏。中科院海洋所李富花课题组通过多组学数据整合分析,揭示了棘皮动物miRNA和tRNA基因的组织结构特点、进化历史和表达调控机制,以及它们在海参肠道再生和皂苷合成等生物学过程中的重要作用。相关研究成果分别发表在国际学术期刊Genomics和英国皇家学会会刊Open Biology。

    研究人员鉴定和注释了112个仿刺参miRNA家族,其中70个为新家族;提出了miRNA基因簇进化的“功能性表达”新模型,揭示了表达量控制和背景选择作用在miRNA基因簇形成中的重要作用,发现仿刺参表达量最高的新miRNA家族聚集在一个特殊的n2基因簇中,通过抑制RFP和CTBP进而激活Wnt通路促进肠道再生。在tRNA研究方面,发现各种tRNA的拷贝数与其翻译的特定氨基酸的转录组丰度成正比,提示二者之间通过协同进化提高翻译效率;其中参与快速响应的临时表达基因倾向于牺牲其功能以提高翻译速度,包括半寿期较短的各种免疫响应基因和消化酶。海参tRNA基因与其特有的皂苷合成通路基因之间发生了高度的协同进化,其中三萜骨架合成、氧化和糖基化的关键酶LAS、CYP和UGT翻译优化程度显著高于其他棘皮动物。同时,海参tRNA基因组成与其食物来源-海水颗粒有机物的氨基酸组成相匹配,这种适应性进化提高了其利用低养分的海洋碎屑生存的能力。

    这些研究对仿刺参的miRNA和tRNA基因信息进行了全面解析,阐述了其基因结构特征和表达调控机制,为今后海参转录后水平和翻译水平的基因表达调控研究提供了理论基础。同时,本研究首次发现调控海参肠道再生的关键miRNA基因簇,并通过揭示海参整个皂苷合成通路发生了高度的适应性进化,确认海参可以自身合成皂苷,锁定了海参皂苷合成的关键酶CYPs和UGTs,为海参再生和皂苷合成研究提供了重要线索。

    上述两篇论文第一作者均为中科院海洋所柳承璋博士。  

    论文链接:

    Liu C, Yuan J, Zhang X, Jin S, Li F, Xiang J. (2021). "Clustering genomic organization of sea cucumber miRNAs impacts their evolution and expression." Genomics 113(6): 3544-3555. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0888754321003104

    Liu C, Yuan J, Zhang X, Jin S, Li F, Xiang J. (2021). "tRNA copy number and codon usage in the sea cucumber genome provide insights into adaptive translation for saponin biosynthesis." Open Biology 11(11): 210190. https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsob.210190

    来源机构: 中科院海洋研究所 | 点击量:2