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《趋磁细菌磁小体的生物矿化作用和磁学性质研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、评述第49卷第24期2004年12月趋磁细菌磁小体的生物矿化作用和磁学性质研究进展①①①②③①潘永信邓成龙刘青松N.Petersen朱日祥(①中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;②InstituteforRockMagnetism,UniversityofMinnesota,Minneapolis,MN55455,USA;③InstituteofGeophysics,Ludwig-Maximillians-University,MunichD-80333,Germany.E-mail:yxpan@mail.igcas.ac.cn)摘要趋磁细菌磁小
2、体研究是揭示生物矿化作用和探索生物活动与地磁场之间联系的重要研究内容.细菌成因的磁铁矿颗粒也是部分湖泊和海洋沉积物磁性的主要载体.本文在介绍趋磁细菌基础上,重点评述磁小体形成过程研究、磁测量技术、沉积物中化石磁小体的识别方法、环境指示意义等方面的新进展,并简要展望未来磁小体研究及其应用前景.关键词趋磁细菌磁小体化石磁小体磁学性质生物矿化作用地球磁场的变化(尤其是地磁极性倒转)能够影特殊和呈链状排列.无疑,对趋磁细菌BCM矿化作响部分生物的行为,进而可能对生物圈的演化产生用的研究对于揭示高级生物体内磁铁矿的形成作用[19,20]影响.人们已在细菌、昆虫、软体动物
3、、鱼类、鸟类机理具有重要的参考价值.[1~6]和人体中发现磁铁矿颗粒.这种生物体内磁性矿近年来,人们在实验室趋磁细菌培养、磁小体的[7~9]物被认为是生物利用地磁场的“磁接收器”载体,分离技术、分子生物学、岩石磁学和环境磁学研究方许多候鸟、鱼类和海龟等动物能够利用地磁场定向导面有了较大进展,因而对磁小体形成机理、沉积物中[8,9,10~14]航,进行上千公里的长距离迁徙,趋磁细菌细菌磁铁矿识别和环境指示意义等获得了许多重要能够在地磁场中定向和游移.趋磁细菌磁小体的形新认识.同时,趋磁细菌磁小体研究也促进了微生物成和磁学性质研究,不仅有助于揭示生物矿化作用学、生
4、物化学、生物地磁学和环境磁学等多学科交叉过程,探讨生物感应地磁场变化的机理,也是古地磁的迅速发展.学、岩石磁学和环境磁学的重要研究内容,特别是深1趋磁细菌入认识沉积物中细粒磁性矿物的来源和准确解译过[21]Blakemore首先在美国东海岸的海洋盐沼沉积去环境变化.此外,细菌成因磁铁矿在现代生物和医[15]物中发现了沿地磁场方向游动的细菌Magnetospirillum学应用方面也展露出了非凡的魅力.因此,20世纪magnetotacticum.人们把所有具趋磁性行为的细菌统90年代以来,趋磁细菌磁小体的研究已受到诸多学称为趋磁细菌(magnetotactic
5、bacteria,下文简称MTB).科的广泛关注.许多生物都可以产生矿物沉淀作用,即生物矿根据细胞外形特征,MTB可以分为球孢菌、杆菌、弧化作用.Lowenstam将生物矿化分为两种基本模式[16].菌、螺旋菌等.自然界中,MTB在海洋到陆地环境普[22~34]一种是生物通过改造和调节周围微环境的物理化学遍存在.例如,Petermann和Bleil发现在南大西[34]条件,导致在生物体外发生无机矿物沉淀,被称为洋3000米海底沉积物中也有大量MTB存活.“生物诱导矿化作用”(BIM).一些非趋磁性的异化铁MTB最重要的特征是细胞内的磁小体链.磁小还原菌和硫还原
6、菌能够在细胞以外生成大量磁性矿体(magnetosome)是指MTB细胞内生成的由膜包围的物颗粒,但细菌对矿物结晶过程控制作用较弱,生成磁性颗粒.每个MTB细胞内可包含有1条至多条磁的颗粒结晶形态和粒度差异较大,许多都属于粒度小体链,位置靠近细胞壁,一般沿细胞的长轴方向分[17,18]布[35~37].在趋磁细菌中,磁小体多为磁铁矿(FeO)更细小的超顺磁颗粒.另一种方式是生物通过34严格的生物化学过程控制,在体内结晶生成无机矿颗粒.它们的晶形不同于无机成因磁铁矿颗粒,主要物,被称为“生物控制矿化作用”(BCM或BOB).生物晶形有立方-八面体、六边棱柱体、子
7、弹头状等.而且控制矿化作用与生物细胞的新陈代谢和基因控制密粒径分布非常均匀,单个颗粒大小在35~120nm之间切相关.趋磁细菌是BCM型生物的典型代表,所生(稳定单畴SSD或极细的假单畴PSD).除了磁铁矿磁成的磁性矿物,粒度细小而均一、结晶程度高、晶形小体外,少数富硫还原环境中的MTB体内还可以www.scichina.com2505第49卷第24期2004年12月评述[55]生成SD胶黄铁矿(Fe3S4)磁小体,多沿<100>方向链铁离子的能力和磁铁矿生成速率达饱和.此外,微[38,39]状排列.氧条件也是磁小体形成的必要条件,磁小体生成量由20个磁铁矿颗
8、粒组成的磁小体链的偶极矩与细胞外氧分压
