綠銹和磁鐵礦是自然環(huán)境中常見的含鐵礦物。綠繡在現(xiàn)代氧氣濃度比較低的富鐵沉積物中廣泛分布，是太古代海洋環(huán)境中主要的含鐵礦物之一，被認(rèn)為是條帶狀鐵建造（BIFs）中鐵氧化物的重要前身礦物。基于地質(zhì)微生物學(xué)和BIFs的地球化學(xué)信號(hào)推測(cè)，微生物礦化過程對(duì)BIFs中鐵氧化物的沉淀可能有重要的貢獻(xiàn)。磁鐵礦是一種強(qiáng)磁性鐵氧化物，是古地磁場(chǎng)和古環(huán)境變化信息的良好載體，并在污水處理、重金屬回收及靶向藥物治療等多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。越來越多的研究表明，微生物通過胞內(nèi)控制礦化和胞外誘導(dǎo)礦化廣泛地參與了磁鐵礦的礦化過程。但是，微生物如何參與綠銹轉(zhuǎn)化和磁鐵礦的形成過程，尚有很多不清楚的地方。
針對(duì)上述問題，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生韓曉華與導(dǎo)師潘永信研究員、德國(guó)圖賓根大學(xué)Andreas Kappler教授等人，通過大量模擬實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)：厭氧光合鐵氧化菌Rhodobacter ferrooxidans SW2 和 Rhodopseudomonas palustris TIE-1可將綠銹礦物中的Fe(II)氧化為水合氧化鐵，這種厭氧光合鐵氧化過程很可能是前寒武紀(jì)BIFs沉積的重要機(jī)制之一（圖1）。
為了揭示有機(jī)質(zhì)對(duì)磁鐵礦形成的影響，他們進(jìn)一步比較了水合氧化鐵在非生物和微生物還原條件下的二次礦化過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于有機(jī)質(zhì)對(duì)水合氧化鐵的穩(wěn)定作用，非生物還原實(shí)驗(yàn)中的水合氧化鐵并沒有完全轉(zhuǎn)化為磁鐵礦。雖然微生物還原實(shí)驗(yàn)中的水合氧化鐵都不同程度地二次礦化為磁鐵礦，但是其二次礦化的速率及程度都相對(duì)較低，說明初始Fe(II)濃度、細(xì)菌細(xì)胞及其附帶有機(jī)質(zhì)（比如胞外聚合物）等因素在水合氧化鐵二次礦化為磁鐵礦的過程中起到重要作用（圖2）。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅僅增進(jìn)了我們對(duì)水合氧化鐵二次礦化途徑的理解，也為洞悉古環(huán)境中Fe元素的生物地球化學(xué)循環(huán)提供了新的認(rèn)知。
圖1 厭氧光合鐵氧化菌Rhodobacter ferrooxidans SW2 及 Rhodopseudomonas palustris TIE-1氧化綠銹示意圖
圖2 非生物及微生物還原條件下四種水合氧化鐵二次礦化過程示意圖。其中四種水合氧化鐵（Fh）包括：化學(xué)成因的水合氧化鐵（aFh）；與腐殖酸共沉淀的化學(xué)成因的水合氧化鐵（aFh-HA）；由厭氧光合鐵氧化菌R. ferrooxidans SW2礦化形成的生物成因水合氧化鐵（bFh），以及用漂白劑處理去除生物有機(jī)物的生物成因水合氧化鐵（bFh-bleach）
研究成果分別發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Geochemical Perspectives Letters 和Environmental Science & Technology。
1.Han X, Tomaszewski E J, Sorwat J, et al. Oxidation of green rust by anoxygenic phototrophic Fe (II)-oxidising bacteria[J]. Geochemical Perspectives Letters, 2020, 12: 52–57. DOI: 10.7185/geochemlet.2004.（原文鏈接）
2. Han X, Tomaszewski E, Sorwat J, et al. Effect of Microbial Biomass and Humic Acids on Abiotic and Biotic Magnetite Formation[J]. Environmental Science & Technology, 2020. DOI: 10.1021/acs.est.9b07095.（原文鏈接）