自然界中微生物昆虫鱼类鸟类哺乳动物等生物可以感应并利用地磁场进行定向和导航但学界尚未解决生物感磁的起源和演化问题趋磁细菌是一类研究较为深入的感磁生物它们在细胞内合成纳米级生物膜包被链状排列的铁磁性颗粒磁小体磁小体的主要功能和磁罗盘类似可帮助这类微生物进行感磁定向趋磁细菌是地球上已知出现最早的感磁生物是研究生物感磁起源和演化的突破口传统观点认为细菌和古菌等原核生物与真核生物的显著区别之一在于前者的细胞中不具有细胞器由生物膜包被并且具有特定形态和功能的亚细胞结构近年来趋磁细菌的磁小体被确定为细菌细胞器因此趋磁细菌研究对认识地球生命复杂性complexity的演化具有重要意义
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室研究员林巍潘永信等联合英国利物浦大学美国加州大学圣地亚哥分校澳大利亚国立大学美国内华达大学拉斯维加斯分校等的研究人员在野外工作的基础上对采集于中国和澳大利亚的南北半球不同生态环境中的趋磁细菌进行了组学研究获得了上百个趋磁细菌的基因组序列这些基因组分属于13个细菌门类多于之前发现的5个门类拓展了感磁微生物在细菌域中的分布和多样性比较基因组学和系统发育分析表明趋磁细菌的起源时限早于之前的认识地球早期的细菌甚至细菌的最后共同祖先LastBacterialCommonAncestor可能合成磁小体细胞器帮助这些生命更好地适应当时的极端环境揭示出早期细菌的细胞已具有一定的复杂性
该研究为理解生物感磁的起源和地球早期生命的演化提供了新认识相关研究成果以ExpandingmagneticorganellebiogenesisinthedomainBacteria为题发表在Microbiome上研究工作得到中科院国家自然科学基金等的支持
a趋磁细菌及磁小体功能示意图b该研究发现的代表性趋磁细菌的电子显微镜照片图中箭头所指为磁小体链
来源地质与地球物理研究所