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科普:在麥哲倫海山搜尋神奇的趨磁細菌
2018-04-14 17:02:17 來源: 新華網
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  新華社“科學”號4月14日電(記者張建松)地球磁場既保護地球生物免受太陽風和有害宇宙射線的襲擊,也直接影響了部分生物的行為和生理活動。能沿著地磁場磁力線方向運動的趨磁細菌,就是受磁場影響的微生物家族代表。

  正在西太平洋麥哲倫海山進行科技基礎資源調查專項綜合考察的“科學”號上,來自中科院海洋所海洋生態與環境科學重點實驗室的潘紅苗副研究員,主要從事趨磁細菌研究。“科學”號搭載的“發現”號深海機器人從海山採集的沉積物主要是有孔蟲砂,潘紅苗在顯微鏡下仔細觀察,期待從中搜尋到趨磁細菌的身影。

  “趨磁細菌在地球上廣泛存在,目前已在淡水湖泊、河流、海洋潮間帶、潟湖、鹽湖等700多種生態環境中發現,其多樣性等特徵也獲得深入研究,”潘紅苗説,“但趨磁細菌在深海環境中的群落結構和多樣性特徵,還缺乏係統性和針對性研究。尤其是在海山特殊環境中的多樣性特徵,至今還未見係統報道。”

  海山是深海海底獨特而普遍的地形之一,生物量和物種豐富度都高。2015年以來,中科院海洋所海洋生態與環境科學重點實驗室的團隊在對西太平洋馬利亞納海山和卡羅琳海山的科學考察中,均發現了趨磁細菌的身影,其中在馬利亞納海山鑒定出14個新屬、16個新種。

  鞭毛是細菌的運動器官。在馬利亞納海山,科研團隊發現了一類特殊的趨磁細菌,鞭毛以一種前所未見的方式排列,這可能是趨磁細菌適應海山特殊環境的一種特徵。相關研究論文已于2017年年底發表在國際權威學術期刊《科學報告》上。

  趨磁細菌為什麼能趨磁?

  原來,趨磁細菌能夠吸收生活環境中的鐵,形成棱柱、立方八面體、子彈頭等不同形狀的磁小體,呈鏈狀排列。這相當于在菌體內形成一個生物“羅盤”,使細菌能有效感應外界磁場,並利用地球磁場的磁力線快速定位到最佳生態位。

  科學研究發現,趨磁細菌不喜歡生活環境中有過多氧氣。為了尋找最適宜的氧濃度環境,南半球的趨磁細菌喜歡沿著磁力線往南運動,北半球的趨磁細菌喜歡往北運動,赤道附近則存在著向南北兩個方向運動的趨磁細菌。

  利用這一快速定位特點,趨磁細菌可以在藥物研發上大顯身手。細菌體內的磁小體提純後毒性低、生物相容性好,可作為多種藥物和大分子化合物的載體,應用于定向治療腫瘤。

  趨磁細菌在地球上分布廣泛、數量眾多,參與了鐵、硫、碳、氮、磷等元素迴圈,在海洋生物地球化學迴圈中扮演著重要角色。在一般細菌中,鐵僅佔細胞幹重的0.025%,而趨磁細菌的鐵可佔3.8%,是一般細菌的百倍以上。

  趨磁細菌死亡後,部分磁小體可形成化石。磁小體化石中攜帶的古地磁和古環境資訊是研究生物地磁學與生物礦化作用的理想“模式生物”,可為科學家重構地球古氣候環境提供重要依據。

  潘紅苗説,如果在麥哲倫海山的沉積物中搜尋到趨磁細菌,將結合光學和電子顯微技術、係統發育學和宏基因組學等方法,研究趨磁細菌在不同海山沉積物之間的分布、種群結構及多樣性等特徵,分析其與環境因子相關性,並探索海山趨磁細菌特殊種類及進化起源。

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