地質地球所等獲得感磁微生物起源和地球早期生命演化新認識

2020-11-23 光明網

自然界中微生物、昆蟲、魚類、鳥類、哺乳動物等生物可以感應並利用地磁場進行定向和導航，但學界尚未解決生物感磁的起源和演化問題。趨磁細菌是一類研究較為深入的感磁生物，它們在細胞內合成納米級、生物膜包被、鏈狀排列的鐵磁性顆粒——磁小體，磁小體的主要功能和磁羅盤類似，可幫助這類微生物進行感磁定向。趨磁細菌是地球上已知出現最早的感磁生物，是研究生物感磁起源和演化的突破口。傳統觀點認為，細菌和古菌等原核生物與真核生物的顯著區別之一在於，前者的細胞中不具有細胞器（由生物膜包被，並且具有特定形態和功能的亞細胞結構）。近年來，趨磁細菌的磁小體被確定為細菌細胞器，因此，趨磁細菌研究對認識地球生命複雜性（complexity）的演化具有重要意義。

中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室研究員林巍、潘永信等聯合英國利物浦大學、美國加州大學聖地牙哥分校、澳大利亞國立大學、美國內華達大學拉斯維加斯分校等的研究人員，在野外工作的基礎上，對採集於中國和澳大利亞的南北半球不同生態環境中的趨磁細菌進行了組學研究，獲得了上百個趨磁細菌的基因組序列。這些基因組分屬於13個細菌門類，多於之前發現的5個門類，拓展了感磁微生物在細菌域中的分布和多樣性。比較基因組學和系統發育分析表明，趨磁細菌的起源時限早於之前的認識：地球早期的細菌，甚至細菌的最後共同祖先（Last Bacterial Common Ancestor）可能合成磁小體細胞器，幫助這些生命更好地適應當時的極端環境，揭示出早期細菌的細胞已具有一定的複雜性。

該研究為理解生物感磁的起源和地球早期生命的演化提供了新認識。相關研究成果以Expanding magnetic organelle biogenesis in the domain Bacteria為題，發表在Microbiome上。研究工作得到中科院、國家自然科學基金等的支持。

（a）趨磁細菌及磁小體功能示意圖；（b）該研究發現的代表性趨磁細菌的電子顯微鏡照片，圖中箭頭所指為磁小體鏈

來源： 地質與地球物理研究所

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