磁性细菌为细菌的早期多样化提供了线索

拓牛李强

金属硫化物烟囱通常形成同心圆，内部是富含铜和铁的硫化物矿物，外部是富含铁或锌的硫化物矿物。取样的烟囱有100厘米高，但发现的一些有18层楼高。鸣谢:2012年，Yohey铃木

（）据东京大学：在一个新的地点发现了趋磁细菌，它可以与地球磁场对齐。以前在陆地和浅水中观察到，对热液喷口的分析证明它们也可以在海洋深处生存。这种细菌能够在不适合它们典型需求的环境中生存。这项研究已经发表在《微生物前沿》杂志上。

趋磁细菌不仅对它们在地球生态系统中的作用感兴趣，而且对寻找地外生命也感兴趣。它们存在的证据可以在岩石中保留数十亿年。它们的磁性倾向也可以提供磁极如何随时间移动的记录。这一新发现给研究人员带来了希望，即磁性细菌可能会在更多意想不到的地方发现，在地球上，甚至可能在火星或更远的地方。

趋磁细菌似乎有超能力；他们可以“感知”地球磁场。这些微小的生物包含磁小体，即包裹在膜中的铁晶体，它们排列成与地球磁场一致，像指南针一样为细菌指明方向。这导致细菌沿着地球磁场线的南北方向移动，就像铁轨上的火车一样。

作为生命周期的一部分，它们在碳、氮、磷和自然界其他关键元素的生物地球化学循环中发挥着重要作用。人们已经在陆地和浅水中对它们进行了很好的研究，但很少在深水中进行研究，因为在深水中采集它们是一个挑战。

2012年9月，包括东京大学研究人员在内的一个小组对西太平洋的南马里亚纳海槽进行了科学考察。他们使用一种名为HYPER-DOLPHIN的遥控水下机器人，从水下2787米(几乎是东京天空树高度的4.5倍或纽约帝国大厦高度的6倍多)的热液喷口领域收集了一个“烟囱”。

当海水渗透到地下，最终被岩浆加热到400摄氏度，导致海水重新沸腾时，热液喷口就形成了。喷发的水将矿物质和金属沉积到海洋中，这些物质堆积起来形成烟囱，为许多独特的生命形式提供了温暖、丰富的栖息地。



像指南针一样，细菌中含铁的磁小体与地球的磁极对齐，迫使它们根据它们居住的半球向南北方向移动。鸣谢:2017年，山崎俊彦

“我们发现了生活在烟囱上的趋磁细菌，这是我们没有想到的。由于烟囱的形状，它缺乏这些细菌通常喜欢的清晰、垂直的化学梯度，”东京大学科学研究生院的副教授约伊·铃木解释说。“我们收集的细菌主要包含‘子弹’形状的磁小体，我们认为这是一种‘原始’形式，因此推断它们在几千年里没有发生太大变化。的确，我们发现它们的环境与大约35亿年前的早期地球相似，当时估计出现了趋磁细菌的祖先。”

用磁铁从烟囱边缘收集细菌。研究小组随后检查了基因数据，发现它们与细菌Nitrospinae有关，已知这种细菌在深海环境中的碳固定中发挥了重要作用，但不知道它包含任何趋磁基团。

“深海热液喷口吸引人们的注意，不仅因为它是独特的水下生命的诞生地，也因为它是外星生命潜在的类似栖息地，”铃木说。“我们对细菌进行采样的环境与我们认为大约30亿年前火星表面仍有流动水时的环境相似。”

趋磁细菌中磁性颗粒的化石残留物(称为磁化石)可以在岩石中保存数十亿年。这些磁化石可以帮助研究人员拼凑古代地磁历史，并且是寻找外星生命的良好候选对象。

1996年，大约有36亿年历史的火星陨石Allan Hills 84001引起了全球轰动，因为它似乎含有来自类细菌生命的铁晶体化石。这一主张一直备受争议，但铃木仍对未来的发现抱有希望。

“趋磁细菌为细菌的早期多样化提供了线索，我们希望它们能在地球以外被发现，也许在火星或冰冷的卫星上。目前，我们将继续在地球上各种类型和时代的岩石中寻找更多的证据，这些岩石以前被认为不存在。”