李金華等-SA:發(fā)現(xiàn)趨磁細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)非晶質(zhì)二氧化硅顆粒
在真核生物中硅藻、硅質(zhì)海綿、放射蟲等的生物礦化及其遺骸埋藏構(gòu)成了顯生宙以來硅循環(huán)的重要過程,它們礦化被認(rèn)為是海水可溶性硅濃度快速降低的主控因素之一。長期以來,硅的生物礦化被認(rèn)為是許多真核生物的專屬特性。在真核生物出現(xiàn)前的早期地球上硅質(zhì)巖被認(rèn)為主要是化學(xué)沉淀引起的。近年來,一些研究顯示:原核生物可能具有硅化能力。如果原核生物能夠參與硅的生物礦化,地球早期的硅循環(huán)過程將需要被重新評(píng)估。 近日,中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李金華研究員與潘永信院士生物地磁學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北大學(xué)、巴黎第六大學(xué)、加拿大國家同步輻射中心、中科院生物物理所、物理所和廈門大學(xué)等國內(nèi)外多個(gè)單位科研人員,利用先進(jìn)電子顯微學(xué)和同步輻射技術(shù)觀測,發(fā)現(xiàn)原核生物趨磁細(xì)菌中一類硝化螺旋菌門趨磁球菌,在細(xì)胞內(nèi)合成亞微米尺寸的非晶質(zhì)二氧化硅(SiO2)球粒沉淀,平均直徑約為0.53 ± 0.34 μm,約占細(xì)胞總質(zhì)量的~10.9%,與硅藻細(xì)胞中二氧化硅含量相當(dāng)。該項(xiàng)研究為進(jìn)一步探索地球演化早期的硅循環(huán)的成因提供了新思路。 這幅圖展示了該研究新發(fā)現(xiàn)的趨磁球菌WYHC-5及其亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。(A)高角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡圖像展示W(wǎng)YHC-5在細(xì)胞內(nèi)合成納米尺寸的磁鐵礦鏈和亞微米尺度的二氧化硅球狀顆粒;(B)聚焦離子束-掃描電鏡三維重構(gòu)圖展示W(wǎng)YHC-5 胞內(nèi)的二氧化硅、液泡和磁小體鏈的空間構(gòu)象;(C)高壓冷凍替代細(xì)胞的透射電鏡超薄切片圖像展示W(wǎng)YHC-5細(xì)胞內(nèi)的亞微米尺寸液泡和納米尺寸類羧酶體結(jié)構(gòu);(D)高壓冷凍替代細(xì)胞的聚焦離子束-掃描電鏡三維重構(gòu)圖像展示W(wǎng)YHC-5 胞內(nèi)的液泡、類羧酶體和磁小體的空間構(gòu)象硅元素與生物硅化硅在宇宙中的儲(chǔ)量排在第八位。在地殼中,它是第二豐富的元素,構(gòu)成地殼總質(zhì)量的26.4%,僅次于氧(49.4%)。在現(xiàn)代工業(yè)和高科技產(chǎn)業(yè)中,硅的應(yīng)用極其廣泛,主要用來制作高純半導(dǎo)體、耐高溫材料、光導(dǎo)纖維通信材料、有機(jī)硅化合物和合金等。在自然界,硅通常以二氧化硅(SiO2)或硅酸鹽(Silicates)的形式,廣泛存在于土壤和巖石中。大陸硅酸鹽的風(fēng)化作用可以移除大氣CO2,將硅和溶解的無機(jī)碳遷移至海洋,被認(rèn)為是調(diào)節(jié)二氧化碳水平,控制地球氣候的關(guān)鍵機(jī)制。 硅是許多高等生物必須的微量或常量元素。比如,在人體中,硅參與軟骨和結(jié)締組織的形成。在高等植物中,硅以非晶質(zhì)二氧化硅(SiO2·H2O)的形式積累,從而提高植物莖稈的硬度以及對干旱、鹽脅迫、紫外輻射和病蟲害等的抗性。硅藻、放射蟲和硅質(zhì)海綿甚至以硅作為營養(yǎng)元素,從環(huán)境中攝取大量可溶性硅,并將其轉(zhuǎn)化成二氧化硅,用它構(gòu)建細(xì)胞骨架或者軀殼。這些生物的生命活動(dòng)及其硅質(zhì)遺骸的埋藏構(gòu)成了顯生宙以來全球硅-碳循環(huán)的主要環(huán)節(jié),被認(rèn)為是海水可溶性硅濃度快速降低的主控因素。以硅藻為例,它們是一類真核單細(xì)胞藻類,是海洋中最常見的浮游生物,通過光合作用將大氣中CO2轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)碳,通過生物硅化作用將水中的可溶性硅轉(zhuǎn)化為細(xì)胞骨架二氧化硅,經(jīng)沉降運(yùn)移至深海儲(chǔ)藏,貢獻(xiàn)了約40%的全球海洋初級(jí)生產(chǎn)力,對大氣CO2含量有重要調(diào)節(jié)作用,同時(shí)可能造成海水中可溶性硅濃度從上千μM降至現(xiàn)今的~10 μM。 在早期的認(rèn)識(shí)中,原核生物被認(rèn)為不能通過生物控制礦化作用沉積二氧化硅。2001年美國炭疽攻擊事件中,美國聯(lián)邦調(diào)查局(FBI)發(fā)現(xiàn)通過郵件遞送到美國的炭疽芽孢粉末被二氧化硅包裹。這究竟是生物礦化導(dǎo)致的,還是將制備后的芽孢用二氧化硅包裹以提高其穩(wěn)定性、增強(qiáng)其分散性?這個(gè)問題曾引發(fā)了近十年的爭論。2010年,日本廣島大學(xué)研究人員證實(shí):枯草芽孢桿菌在其芽孢(內(nèi)生孢子,一種細(xì)菌的休眠體)外壁沉淀形成一層二氧化硅薄膜,可以提高芽孢抗酸腐蝕和紫外輻射的能力。2012年,美國石溪大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)聚球藻屬的藍(lán)細(xì)菌能從周圍水體中攝取和富集大量的硅。這些研究引發(fā)了一個(gè)問題:新元古代硅質(zhì)海綿出現(xiàn)之前,生物,尤其是微生物是否參與了地球上硅的生物地球化學(xué)循環(huán)? 趨磁細(xì)菌與生物礦化 趨磁細(xì)菌起源于太古代并廣泛分布于各種水體環(huán)境中,它們合成磁小體,感知地磁場,在地質(zhì)記錄中形成磁小體化石,因而是生物礦化、生物地磁學(xué)和古地磁學(xué)研究的理想模式系統(tǒng)。通過跨學(xué)科交叉研究,中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所生物地磁學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在近期的研究發(fā)現(xiàn),除了磁鐵礦或膠黃鐵礦的晶體顆粒,不同趨磁細(xì)菌類群可以在細(xì)胞內(nèi)合成不同的有機(jī)顆粒物和生物礦物:如α-變形菌綱趨磁細(xì)菌可以在細(xì)胞內(nèi)合成聚β-羥基丁酸(PHB),脫硫菌門趨磁細(xì)菌在細(xì)胞內(nèi)合成多聚偏磷酸,硝化螺菌門和暫定雜食菌門的趨磁細(xì)菌在細(xì)胞內(nèi)合成單質(zhì)硫顆粒。此外,有些趨磁細(xì)菌既能合成多聚偏磷酸又能合成單質(zhì)硫顆粒。一些特殊種類的趨磁細(xì)菌可以在細(xì)胞內(nèi)同時(shí)合成其它類型的礦物,如磷酸鐵、磷酸鈣、碳酸鈣,甚至一些富含Ca/Ba的未知礦物。自然環(huán)境中的趨磁細(xì)菌死亡裂解后,這些由趨磁細(xì)菌合成的復(fù)雜多樣的有機(jī)顆粒物和生物礦物也可以像磁小體一樣,有可能被埋藏并保存在沉積物中。因此,除了為沉積物和沉積巖提供磁性礦物源,趨磁細(xì)菌還為沉積環(huán)境貢獻(xiàn)有機(jī)質(zhì)(細(xì)胞碎屑和PHB)、單質(zhì)硫、二氧化硅、磷酸鹽和碳酸鹽等生物礦物。而且,趨磁細(xì)菌的代謝產(chǎn)物,如硫酸鹽還原過程中產(chǎn)生的硫化氫,多聚偏磷酸降解后產(chǎn)生的磷酸根,可以通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)以單質(zhì)硫的形式在沉積物種沉淀,或者通過微生物催化的氧化還原過程以黃鐵礦或者磷酸鐵的形式沉淀。 趨磁細(xì)菌中首次發(fā)現(xiàn)二氧化硅球粒沉淀 2017年,中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所生物地磁學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在研究趨磁細(xì)菌生物礦化和磁學(xué)性質(zhì)的過程中,從陜西西安未央湖沉積物中發(fā)現(xiàn)了一類獨(dú)特的硝化螺旋菌門趨磁球菌WYHC-5(視頻1)在細(xì)胞內(nèi)合成亞微米尺寸的非晶質(zhì)二氧化硅球粒沉淀。這是首次發(fā)現(xiàn)了原核生物胞內(nèi)生物控制礦化二氧化硅的新機(jī)制。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)觀測如下: (1)顯微學(xué)分析揭示W(wǎng)YHC-5的細(xì)胞平均直徑為3.58 ± 0.42 μm,基于16S rRNA基因序列的系統(tǒng)發(fā)育分析表明,WYHC-5屬于古老的硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌。這類趨磁球菌能在細(xì)胞內(nèi)合成近百個(gè)彎曲的子彈頭形磁鐵礦磁小體,其平均長度為70.4 ± 27.0 nm,平均寬度為27.5 ± 6.3 nm。磁小體在細(xì)胞內(nèi)被組裝成數(shù)條松散的鏈?zhǔn)鵂罱Y(jié)構(gòu)。除磁小體外,WYHC-5還能在細(xì)胞合成大量球狀顆粒(圖1)。 圖1 陜西西安未央湖沉積物采樣和趨磁球菌WYHC-5的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)。(A)湖底沉積物樣品采集(李金華研究員和碩士研究生張衡);(B)光學(xué)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)趨磁球菌WYHC-5;(C)WYHC-5的透射電鏡照片顯示細(xì)胞內(nèi)納米尺寸的磁小體鏈和亞微米尺寸的球狀顆粒物;(D)WYHC-5細(xì)胞內(nèi)的子彈頭形磁小體;(E)單個(gè)磁鐵礦(Fe3O4)磁小體顆粒的高分辨透射電鏡圖像(2)研究團(tuán)隊(duì)綜合采用先進(jìn)的透射電鏡(HAADF-STEM EDXS,TEM-EESL)和同步輻射掃描透射X-射線顯微鏡(STXM)技術(shù),對WYHC-5細(xì)胞內(nèi)顆粒物的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了系統(tǒng)研究(圖2)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):(i)WYHC-5磁小體富含F(xiàn)e和O元素,為磁鐵礦相,約占細(xì)胞總質(zhì)量的~0.51%;(ii)球狀顆粒物分兩類,尺寸較大的富含Si和O元素,為非晶質(zhì)的二氧化硅顆粒,平均直徑約為0.53 ± 0.34 μm,約占細(xì)胞總質(zhì)量的~10.9%;(iii)尺寸較小的顆粒物富含S元素,為具有線狀結(jié)構(gòu)的單質(zhì)硫(S0)顆粒,平均直徑約為0.38 ± 0.23 μm,約占細(xì)胞總質(zhì)量的~3.2%。 圖2 透射電鏡技術(shù)分析WYHC-5細(xì)胞內(nèi)顆粒物成分和結(jié)構(gòu)。(A)兩個(gè)代表性WYHC-5細(xì)胞的高角環(huán)形暗場掃描透射電鏡圖像(HAADF-STEM);(B)WYHC-5細(xì)胞的局部放大圖(HAADF-STEM);(C-H)不同元素分布的偽彩圖(STEM-EDXS elemental maps);(I)WYHC-5細(xì)胞內(nèi)不同感興趣區(qū)域的電子能量色散譜圖(EDXS);(J)WYHC-5細(xì)胞內(nèi)的二氧化硅顆粒的透射電鏡電子能量損失譜圖(TEM-EESL)及其與其它硅化合物的比較;(K)WYHC-5細(xì)胞內(nèi)二氧化硅的透射電鏡選區(qū)電子衍射花樣(SAED)(3) 為了進(jìn)一步確定細(xì)胞內(nèi)不同顆粒物的空間構(gòu)象,研究團(tuán)隊(duì)綜合采用高壓冷凍替代超薄切片透射電鏡(High-pressure freeze and freeze substitution for ultramicrotomy and TEM)和聚焦離子束-掃描電鏡三維重構(gòu)(FIB-SEM tomography)技術(shù),對WYHC-5細(xì)胞進(jìn)行了更為精細(xì)的逐層切片研究(圖3,視頻2和視頻3)。研究發(fā)現(xiàn),除了磁小體、二氧化硅和單質(zhì)硫顆粒物外,WYHC-5細(xì)胞內(nèi)還含有大量亞微米尺寸的具有剛性膜包裹的液泡結(jié)構(gòu)(平均尺寸為216.6 ± 64.7 nm),以及大量平均尺寸為107.6 ± 14.8 nm大小的類羧酶體結(jié)構(gòu)。 圖3 聚焦離子束-掃描電鏡三維重構(gòu)技術(shù)分析WYHC-5亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。(A)一個(gè)干燥的WYHC-5細(xì)胞的聚焦離子束-掃描電鏡切面圖像,展示細(xì)胞內(nèi)的液泡、二氧化硅和單質(zhì)硫顆粒,以及磁小體的空間構(gòu)象;(B)一個(gè)高壓冷凍替代的WYHC-5細(xì)胞的透射電鏡超薄切片圖像,展示細(xì)胞內(nèi)的液泡和類羧酶體結(jié)構(gòu);(C)局部放大的透射電鏡圖像,展示磁小體膜和類羧酶體的精細(xì)結(jié)構(gòu);(D)一個(gè)完整的WYHC-5細(xì)胞(高壓冷凍替代處理后)的聚焦離子束-掃描電鏡三維重構(gòu)圖像。高壓冷凍替代預(yù)處理有利于呈現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)液泡、磁小體膜和類羧酶體的精細(xì)結(jié)構(gòu),但會(huì)造成二氧化硅和單質(zhì)硫顆粒的溶解(4)為了進(jìn)一步確認(rèn)二氧化硅生物礦化在趨磁細(xì)菌類群是否存在普遍性,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步篩查了17種趨磁細(xì)菌,依據(jù)HAADF-STEM-EDXS化學(xué)成分分析, 從中發(fā)現(xiàn)了另外三株趨磁球菌WYHC-1(發(fā)現(xiàn)自西安未央湖)、YQC-1(發(fā)現(xiàn)自天津于橋水庫)和MYC-4(發(fā)現(xiàn)自北京密云水庫)均能在細(xì)胞內(nèi)合成二氧化硅顆粒,這三種趨磁細(xì)菌從系統(tǒng)發(fā)育分類上屬于遠(yuǎn)離硝化螺菌門的暫定分類單元的η系變形菌綱。這說明,不是所有的趨磁細(xì)菌都有生物沉硅能力,但二氧化硅的生物礦化至少在趨磁細(xì)菌系統(tǒng)內(nèi)仍具有一定的分布。 (5)原核生物中硅生物合成二氧化硅(圖4)。本研究首次揭示出原核生物中趨磁細(xì)菌的生物沉硅現(xiàn)象??莶菅挎邨U菌將二氧化硅沉積在芽孢外壁,而聚球藻屬藍(lán)細(xì)菌形成的是含鎂硅酸鹽,其生物沉硅發(fā)生在胞外還是胞內(nèi)仍有待確認(rèn)。與前兩者不同,趨磁細(xì)菌通過主動(dòng)跨膜運(yùn)輸,將周圍環(huán)境中低濃度的可溶性硅攝入細(xì)胞內(nèi),濃度提升近3500倍(依據(jù)水體中可溶性硅濃度測量值與WYHC-5細(xì)胞內(nèi)二氧化硅的平均質(zhì)量換算),并礦化形成二氧化硅球狀顆粒物,因此代表原核生物中一種全新的、高效的二氧化硅生物沉淀模式。 圖4 具有生物沉硅能力的原核生物的系統(tǒng)發(fā)育樹。黃色五角星代表能在細(xì)胞內(nèi)礦化合成二氧化硅顆粒的趨磁細(xì)菌,綠色三角和灰色方框分別代表具有生物沉硅能力的聚球藻屬藍(lán)細(xì)菌和枯草芽孢桿菌 趨磁細(xì)菌是否有硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)和沉硅酶? 趨磁細(xì)菌是一類能在細(xì)胞內(nèi)合成納米磁性晶體顆粒(也被稱為磁小體,化學(xué)成分為Fe3O4或Fe3S4)的原核生物。磁小體多呈鏈狀排列,作為細(xì)胞的小磁針,可以感知地磁場,使其沿磁力線方向游泳,在水體中“有氧-缺氧過渡帶”上下穿梭,從而迅速找到最適合生存的微環(huán)境。問題是,除了磁小體,趨磁細(xì)菌為什么還要在細(xì)胞內(nèi)沉積大量的二氧化硅?其分子機(jī)制是什么?這種在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)合成多種礦物的生理學(xué)和生態(tài)學(xué)意義是什么?為了弄清上述問題,研究團(tuán)隊(duì)對WYHC-5細(xì)胞進(jìn)行了基因組測序分析,并與其它硅代謝相關(guān)生物的基因組開展的生物信息學(xué)比較分析。結(jié)果如下: (1)與研究團(tuán)隊(duì)近期在密云水庫趨磁大桿菌MYR-1中的研究一致,WYHC-5基因組中具有成套的磁小體礦化合成相關(guān)基因,完整的硝酸鹽還原和亞硝酸鹽氧化酶基因,完整的硫氧化(S2-→S0→SO32-→SO42-)和硫酸鹽還原(SO42-→SO32-→S2-)關(guān)鍵酶基因,碳固定的自養(yǎng)生長和有氧呼吸的異養(yǎng)生長相關(guān)的關(guān)鍵酶基因,以及編碼羧酶體的關(guān)鍵基因。據(jù)此推斷,WYHC-5采用與趨磁大桿菌MYR-1相似的策略,利用地磁場的定向作用,在水生環(huán)境的缺氧環(huán)境和有氧環(huán)境中上下穿梭:在OATZ下部的無氧環(huán)境中,它利用硝酸鹽將硫化氫氧化成單質(zhì)硫以顆粒的形式沉積在細(xì)胞內(nèi)(S2-→S0)后,向上游泳到OATZ上部的有氧環(huán)境中將存儲(chǔ)的硫被徹底氧化成硫酸鹽(S0→SO32-→SO42-),并自養(yǎng)生長,同時(shí)吸收硝酸根并將其存儲(chǔ)在液泡中,然后,“懷揣”硝酸鹽再次向下游泳到OATZ下部的無氧環(huán)境,利用硫酸鹽進(jìn)行異養(yǎng)生長或利用硝酸鹽作為氧化劑,將硫化氫氧化成單質(zhì)硫。這樣,WYHC-5在細(xì)胞內(nèi)沉淀非晶質(zhì)二氧化硅顆粒的生理學(xué)意義可能在于:通過增加細(xì)胞的重量而調(diào)整細(xì)胞的浮力,從而有利于WYHC-5在水體中上下穿梭時(shí)保持穩(wěn)定性。另一方面,WYHC-5利用HCO3-進(jìn)行自養(yǎng)生長時(shí),會(huì)消耗細(xì)胞內(nèi)大量的H+,從而造成局部環(huán)境中pH升高,而二氧化硅礦化過程可以釋放H+,從而為細(xì)胞的自養(yǎng)生長提供pH緩沖劑的作用。 (2)研究團(tuán)隊(duì)暫時(shí)沒有從WYHC-5的基因組中發(fā)現(xiàn)與其它生物的硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白序列相似的硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,這暗示W(wǎng)YHC-5細(xì)胞內(nèi)可能存在獨(dú)特的、但有待進(jìn)一步鑒定的硅轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。然而,研究團(tuán)隊(duì)在WYHC-5基因組中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)潛在的沉硅酶基因 (silicatein-1),它編碼一個(gè)248氨基酸長度的蛋白質(zhì),與硅質(zhì)海綿和鼠婦中已經(jīng)鑒定的沉硅酶(Silicatein)具有約38.3%的蛋白質(zhì)序列同源性。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析和分子建模表明,WYHC-5的沉硅酶擁有一個(gè)由“半胱氨酸-組氨酸-天門冬氨酸”組成的催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)絲氨酸簇,這是硅質(zhì)海綿沉硅酶催化二氧化硅形成和結(jié)構(gòu)組裝的核心催化域。因此,我們推測silicatein-1沉硅酶可能負(fù)責(zé)WYHC-5細(xì)胞中的球狀二氧化硅顆粒的形成(圖5)。 (3)枯草芽孢桿菌、聚球藻屬藍(lán)細(xì)菌和趨磁細(xì)菌的硅代謝相關(guān)基因也各不相同。生物信息學(xué)分析表明,趨磁球菌WYHC-5的沉硅酶與硅質(zhì)海綿沉硅酶序列高度同源,而枯草芽孢桿菌的芽孢壁蛋白(CotB1)似乎與硅藻的沉硅蛋白Silacidian A同源。而且,不同種類的枯草芽孢桿菌和聚球藻屬藍(lán)細(xì)菌似乎含有各自的硅轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。生物沉硅能力在三大類細(xì)菌類群中的“隨機(jī)”分布也進(jìn)一步說明,原核生物的生物沉硅可能具有古老起源,但在后期演化過程,大多數(shù)微生物選擇丟掉了這一功能。另一種可能是,原核生物的生物沉硅在不同的微生物類群中具有多起源,或者這種生物沉硅能力干脆就是近代才發(fā)生的,通過基因的水平轉(zhuǎn)移從不同類型的高等生物中向原核生物中進(jìn)行傳遞。未來,確定原核生物的生物沉硅能力形成的時(shí)間,將為確定其是否參與早期地球硅循環(huán)提供關(guān)鍵證據(jù)。 圖5 趨磁球菌WYHC-5細(xì)胞中硅代謝相關(guān)基因及其功能預(yù)測。(A)硅藻、硅質(zhì)海綿、高等植物和細(xì)菌中的硅沉積(SD)和硅轉(zhuǎn)運(yùn)(ST)基因及其分布;(B)沉硅酶(Silicatein)和組織蛋白酶L(Cathepsin L)基因的聚類分析;(C)WYHC-5細(xì)胞沉硅酶的蛋白質(zhì)分子建模和結(jié)構(gòu)分析 “趨磁細(xì)菌驅(qū)動(dòng)有氧-缺氧過渡界面物質(zhì)和能量循環(huán)”工作模型 根據(jù)一系列的研究,研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)“趨磁細(xì)菌驅(qū)動(dòng)有氧-缺氧過渡界面(OATZ)物質(zhì)和能量循環(huán)”的工作模型:在地磁場的導(dǎo)向作用下,趨磁細(xì)菌在水體OATZ環(huán)境中上下高效穿梭,并通過生物礦化作用和生理代謝活動(dòng),將OATZ底部的厭氧環(huán)境與其上部的有氧或微氧環(huán)境聯(lián)動(dòng)起來,從而驅(qū)動(dòng)C、N、P、S、Fe、Si等元素的生物地球化學(xué)循環(huán),并參與一些礦物的生物形成或轉(zhuǎn)化(圖6)。因此,研究趨磁細(xì)菌為認(rèn)識(shí)地球早期“地磁場-環(huán)境-生命”協(xié)同演化提供了一個(gè)新的途徑。 圖6 (左)趨磁細(xì)菌利用地磁場的導(dǎo)向作用驅(qū)動(dòng)地球水生環(huán)境中有氧-缺氧過渡帶元素生物地球化學(xué)循環(huán)工作模型;(右)結(jié)合中國太極文化理念,為美國地球物理學(xué)會(huì)期刊JGR封面藝術(shù)化的工作模型圖(Li et al., JGR, 2020; Li et al., JGR, 2021)相關(guān)成果近期發(fā)表于Science Advances上(李金華*, 劉沛余, Menguy Nicolas, 張興亮, 王建, Benzerara Karim, 馮連君, 孫磊, 鄭越, 孟繁琦, 谷林, Leroy Eric, 郝佳龍, 儲(chǔ)雪蕾, 潘永信. Intracellular silicification by early-branching magnetotactic bacteria[J]. Science Advances 2022, 8(19), eabn6045. DOI: 10.1126/sciadv.abn6045)(原文鏈接)。該項(xiàng)目研究受中國國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國際(地區(qū))合作研究項(xiàng)(41920104009)、國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目課題(41890843)和國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目(41621004)資助。
2023-03-02