8億年前藍藻既能輸氧還能固氮
最新發現與創新
科技日報南京2月2日電 (記者張曄)每到夏季，太湖等湖泊就會發生「水華」，黃海海域也會暴發「赤潮」，藍藻成為養殖和旅遊業避之不及的「環境殺手」。但近日，中國科學院南京地質古生物研究所在安徽壽縣發現8億年前的「大型安徽絲藻」，為地球早期生物固氮提供了最早化石證據。相關成果於2月2日在線發表在《細胞》出版集團《當代生物學》雜誌上。
藍藻是地球上最古老、生存時間最長的生物門類之一，通過光合作用釋放氧氣。藍藻還有不少具備固氮能力的種類。生物通常不能直接利用空氣中的氮氣，而某些特殊類型的藍藻可以將空氣中的氮氣轉化為生物可吸收利用的化合態氮。
在現生藍藻中，有一種能進行固氮作用的結構被稱為異形胞。因此具異形胞藍藻是早期生物固氮的直接證據，然而它們的化石記錄非常稀少且爭議很大。
中科院南京地質古生物所早期生命研究團隊龐科博士等發現的大型安徽絲藻為單列的絲體化石，並由一層薄的胞外膠鞘包裹。既能單獨保存為絲體化石，亦能與其他絲狀化石一起形成底棲的微生物席。絲藻由多個細胞組成，部分營養細胞成對地出現，為橫向二分裂產生的子細胞。對比現生藍藻的結構，研究認為大型安徽絲藻是一種具異形胞的藍藻化石，很可能起源於新元古代早期。大型安徽絲藻的發現，將最早可靠的具異形胞的藍藻化石記錄由泥盆紀(約4.1億年前)向前推進到新元古代早期(10億—7.2億年前)，提供了早期生物固氮的最早化石證據。
藍藻的異形胞是為了應對氧氣濃度上升、保護其中對氧氣敏感的固氮酶而產生，因此大型安徽絲藻從生物學方面也證實了新元古代早期地球氧化還原環境的轉變。