科学视点

地质地球所等获得感磁微生物起源和地球早期生命演化新认识

  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(Last Bacterial Common Ancestor)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Expanding magnetic organelle biogenesis in the domain Bacteria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。

  论文链接

(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

本研究论文的视频摘要


微信图片_20180628014711.jpg

  官方微信