[科普中國(guó)]-科普：在麥哲倫海山搜尋神奇的趨磁細(xì)菌

新華社“科學(xué)”號(hào)４月１４日電（記者張建松）地球磁場(chǎng)既保護(hù)地球生物免受太陽(yáng)風(fēng)和有害宇宙射線的襲擊，也直接影響了部分生物的行為和生理活動(dòng)。能沿著地磁場(chǎng)磁力線方向運(yùn)動(dòng)的趨磁細(xì)菌，就是受磁場(chǎng)影響的微生物家族代表。

正在西太平洋麥哲倫海山進(jìn)行科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)綜合考察的“科學(xué)”號(hào)上，來(lái)自中科院海洋所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘紅苗副研究員，主要從事趨磁細(xì)菌研究?！翱茖W(xué)”號(hào)搭載的“發(fā)現(xiàn)”號(hào)深海機(jī)器人從海山采集的沉積物主要是有孔蟲(chóng)砂，潘紅苗在顯微鏡下仔細(xì)觀察，期待從中搜尋到趨磁細(xì)菌的身影。

“趨磁細(xì)菌在地球上廣泛存在，目前已在淡水湖泊、河流、海洋潮間帶、潟湖、鹽湖等７００多種生態(tài)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)，其多樣性等特征也獲得深入研究，”潘紅苗說(shuō)，“但趨磁細(xì)菌在深海環(huán)境中的群落結(jié)構(gòu)和多樣性特征，還缺乏系統(tǒng)性和針對(duì)性研究。尤其是在海山特殊環(huán)境中的多樣性特征，至今還未見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道?！?/p>

海山是深海海底獨(dú)特而普遍的地形之一，生物量和物種豐富度都高。２０１５年以來(lái)，中科院海洋所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)在對(duì)西太平洋馬里亞納海山和卡羅琳海山的科學(xué)考察中，均發(fā)現(xiàn)了趨磁細(xì)菌的身影，其中在馬里亞納海山鑒定出１４個(gè)新屬、１６個(gè)新種。

鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官。在馬里亞納海山，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類特殊的趨磁細(xì)菌，鞭毛以一種前所未見(jiàn)的方式排列，這可能是趨磁細(xì)菌適應(yīng)海山特殊環(huán)境的一種特征。相關(guān)研究論文已于２０１７年年底發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)報(bào)告》上。

趨磁細(xì)菌為什么能趨磁？

原來(lái)，趨磁細(xì)菌能夠吸收生活環(huán)境中的鐵，形成棱柱、立方八面體、子彈頭等不同形狀的磁小體，呈鏈狀排列。這相當(dāng)于在菌體內(nèi)形成一個(gè)生物“羅盤”，使細(xì)菌能有效感應(yīng)外界磁場(chǎng)，并利用地球磁場(chǎng)的磁力線快速定位到最佳生態(tài)位。

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，趨磁細(xì)菌不喜歡生活環(huán)境中有過(guò)多氧氣。為了尋找最適宜的氧濃度環(huán)境，南半球的趨磁細(xì)菌喜歡沿著磁力線往南運(yùn)動(dòng)，北半球的趨磁細(xì)菌喜歡往北運(yùn)動(dòng)，赤道附近則存在著向南北兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的趨磁細(xì)菌。

利用這一快速定位特點(diǎn)，趨磁細(xì)菌可以在藥物研發(fā)上大顯身手。細(xì)菌體內(nèi)的磁小體提純后毒性低、生物相容性好，可作為多種藥物和大分子化合物的載體，應(yīng)用于定向治療腫瘤。

趨磁細(xì)菌在地球上分布廣泛、數(shù)量眾多，參與了鐵、硫、碳、氮、磷等元素循環(huán)，在海洋生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演著重要角色。在一般細(xì)菌中，鐵僅占細(xì)胞干重的０．０２５％，而趨磁細(xì)菌的鐵可占３．８％，是一般細(xì)菌的百倍以上。

趨磁細(xì)菌死亡后，部分磁小體可形成化石。磁小體化石中攜帶的古地磁和古環(huán)境信息是研究生物地磁學(xué)與生物礦化作用的理想“模式生物”，可為科學(xué)家重構(gòu)地球古氣候環(huán)境提供重要依據(jù)。

潘紅苗說(shuō)，如果在麥哲倫海山的沉積物中搜尋到趨磁細(xì)菌，將結(jié)合光學(xué)和電子顯微技術(shù)、系統(tǒng)發(fā)育學(xué)和宏基因組學(xué)等方法，研究趨磁細(xì)菌在不同海山沉積物之間的分布、種群結(jié)構(gòu)及多樣性等特征，分析其與環(huán)境因子相關(guān)性，并探索海山趨磁細(xì)菌特殊種類及進(jìn)化起源。