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个人简介 |
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个人履历
Brief CV |
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2017-09 至 2023-05 麻省理工学院-伍兹霍尔海洋研究所 化学海洋学 博士
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2023-11 至 2024-10 伍兹霍尔海洋研究所 博士后
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2026.01-至今 厦门大学 教授，博士生导师
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研究方向
Research Interests |
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海洋中溶解铁的分子构成
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海洋中铁载体的分布与循环
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海洋中细菌的铁限制
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小李于2023年获得伍兹霍尔海洋研究所的博士学位，十年来以第一作者或通讯作者身份在Frontiers in Marine Science等期刊发表论文高达3篇，主持国家海外优青项目。
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《海洋铁循环》
在海洋表层，浮游植物通过光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气，同时生产有机物。这些有机物中的一部分以颗粒的形式沉降，并被储存于深海和海底沉积物，实现碳从大气到深海的迁移，这一过程叫做生物碳泵，对全球气候至关重要。
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海洋生物碳泵的效率取决于浮游植物的多少，而浮游植物的生长需要各种营养元素。早在1930年代，Thomas Hart发现，南大洋表层的浮游植物含量低于其他海区。为了解释这一现象，科学家测量了一系列生物必需的元素，包括氮磷铁等，但发现它们的含量都很高。因此，为什么在南大洋和其他一些海区，浮游植物不能充分利用这些元素，达到更高的生物量，成为了长期以来无法解释的问题。
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直到1980年代，John Martin等人发展出了洁净采样技术，发现海水中铁的含量可以低于0.1 nmol/L。这一结果比之前的报道低了2个数量级，说明此前的样品受到了污染，而最主要的污染源来自于充满金属的科考船。对铁浓度的新认识使John Martin意识到，上述海区浮游植物的缺乏可能是由于铁的限制。因此，他们采集海水，加入铁，并进行培养，发现加铁实验组的浮游植物含量远超未加铁的对照组，证实了浮游植物的铁限制。
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《含铁有机分子》
John Martin等人的工作开启了海洋铁循环这一领域。在此后的四十年里，科学家致力于测量海水样品中铁元素的浓度，并由此研究海洋中铁的来源与去向。目前，我们掌握了数万个数据，对铁元素在海洋中的分布有了一定的了解。但是，数据的积累带来了新的问题。理论计算表明，海水中无机铁（Fe3+, FeCl3, Fe(OH)3等）的溶解度约为10 pmol/L。但是，样品中测得的溶解铁浓度通常为100-1000 pmol/L，远高于无机铁的溶解度。溶解铁是指能通过0.2 μm孔径滤膜的所有形态的铁，这一定义旨在描述铁的物理形态，而非化学形态。因此，溶解铁，尤其是超出无机铁溶解度的溶解铁以什么化学形式存在，这一问题引起了大家的注意。
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在1990年代，Stan van den Berg和Ken Bruland等人证实，海水中的大部分溶解铁都与有机分子结合，含铁有机分子的存在使溶解铁的高浓度与无机铁的低溶解度实现了共恰。事实上，海洋铁循环中许多过程都需要通过含铁有机分子的参与，比如浮游植物和细菌的铁吸收，沙尘和其他颗粒物中铁的溶解，来自沉积物和海底热液中的铁的长距离输送等。尽管含铁分子的重要性已被广泛接受，其测量难度极大。海洋中可能存在数千种含铁分子，每种的浓度在fmol/L到pmol/L，而作为背景，海水中有机分子的总量在μmol/L。因此，在含铁分子发现之后的二十余年，我们对其分子结构知之甚少。
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与此同时，以溶解铁浓度为核心的铁循环研究似乎进入了一个瓶颈。从定性的角度来看，溶解铁等元素水平的数据无法揭示铁的分子构成，导致我们无法从机制上理解海洋铁循环的几乎任何一个过程。从定量的角度来看，一种代谢过程可以导致特定含铁分子浓度的变化，但这一变化未必导致溶解铁浓度的改变。反过来，溶解铁浓度的改变也无法指征特定的代谢过程。因此，铁循环研究的突破有赖于含铁分子的研究。
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《铁载体》
为了将铁循环的研究从元素水平拓展到分子水平，Rene Boiteau和Dan Repeta于2013年开发了基于液相色谱-质谱技术的研究方法。这一技术利用HPLC对含铁有机分子进行分离，随后通过ICPMS测量其中的铁，实现对于含铁分子的寻找与定量，并通过ESIMS对找到的含铁分子进行定性，方法详情请见https://doi.org/10.5281/zenodo.18428851。
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在随后的十余年，这一技术被应用于海洋中，目的是尝试打开含铁分子这一黑箱，厘清溶解铁的分子构成，从而推进对于铁循环的理解。十余年来，在海水中鉴定出的第一批含铁分子全部属于铁载体（siderophore）。铁载体在陆地系统广为人知，但此前在海洋中从未被发现。铁载体由细菌在铁限制下产生并释放到环境中，通过极强的与铁结合的能力，从环境中其他含铁分子中夺取铁，从而促进细菌的铁吸收。因此，海洋中的铁载体可以作为分子标志物，精确指示细菌的铁限制。值得一提的是，与浮游植物不同，铁加富实验等传统方法迄今未能在海洋中证实细菌铁限制的存在。因此，铁载体的分布为揭示细菌的铁限制提供了全新的角度。细菌的铁限制会影响其对有机碳的利用，并通过改变有机碳的分流影响生物碳泵的效率。可见，铁载体的分布和循环可以同时提升我们对于海洋铁循环和碳循环的理解。
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作为上述十年成果的一部分，小李在东太平洋首次报道了铁载体在大洋尺度的分布，揭示了暮光带中高浓度的铁载体。此外，小李设计了全新的铁载体吸收实验，证实暮光带中的细菌可以快速吸收铁载体中的铁。高浓度的铁载体与其介导的铁吸收一致表明，暮光带中存在对于细菌的铁限制。由于暮光带中溶解铁浓度并不低，暮光带中的铁限制从未受到关注。因此，铁限制的发现展示了铁载体在铁循环研究中的较大潜力和前沿位置。
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小李实验室长期招收硕士，博士以及博士后。硕士和博士申请人无需具有海洋科学相关背景，也无需获得推免资格，获得或即将获得理工科本科学位的朋友均可申请。对于特别优秀的博士后，经选拔可提供远超美国博士后水平的年薪，详情请邮件咨询。
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实验室的硕士，博士和博士后自动获得厦门大学，海洋与地球学院，海洋生物地球化学全国重点实验室提供的全部待遇。此外，小李提供以下待遇。
1. 选派有需要的学生赴伍兹霍尔海洋研究所，耶鲁大学，华盛顿大学等机构交流访问。
2. 对于在学期间获得诺贝尔奖（含和平奖），指导小李获得诺贝尔奖，或指导小李以通讯作者身份在指定英国期刊发表论文的朋友，发放与之匹配的现金奖励，详情请邮件咨询。
3. 提供实现第二条所需的课题。
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代表性论文
Selected Publications |
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Ringard A., Ryan-Keogh T-J., Bucciarelli E., Blain S., Richon C., Aumont O., Sherrell R., Twining B., Achterberg E.P., Browning T.J., Colombo M., Fietz S., Li J., Milne A., Viljoen J.J., Baudet C., Planquette H. (2026). Unveiling oceanic biogenic metal stoichiometry using in-situ data. Nature (in review).
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Manck, L. E., Seixas, M. H., Foreman, R. K., Li, J., Barone, B., Bundy, R. M., ... & Church, M. J. (2026). Tightly coupled carbon, nitrogen, and iron utilization by bacteria in the lower photic zone of the North Pacific Subtropical Gyre. Limnology and Oceanography, 71(1), e70317.
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Li, J., Babcock‐Adams, L., McIlvin, M. R., & Repeta, D. J. (2025). Distribution and cycling of siderophores in the eastern North and Tropical Pacific Oceans. Geophysical Research Letters, 52(6), e2024GL113874.
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Li, J., Babcock-Adams, L., Boiteau, R. M., McIlvin, M. R., Manck, L. E., Sieber, M., ... & Repeta, D. J. (2024). Microbial iron limitation in the ocean’s twilight zone. Nature, 633(8031), 823-827.
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Li, J., & Repeta, D. J. (2024). Iron levels unexpectedly limit bacterial growth in the ocean’s twilight zone. Nature Research Briefings. https://doi.org/10.1038/d41586-024-03697-4.
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Li, J., Boiteau, R. M., Babcock-Adams, L., Acker, M., Song, Z., McIlvin, M. R., & Repeta, D. J. (2021). Element-selective targeting of nutrient metabolites in environmental samples by inductively coupled plasma mass spectrometry and electrospray ionization mass spectrometry. Frontiers in Marine Science, 8, 630494.
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