圖片說明：掃描電子顯微鏡顯示了一個(gè)來源于不知名生物的大磁性化石,，在它周圍包圍著來源于細(xì)菌的小型磁性化石,。（圖片來源：Nature網(wǎng)站）
科學(xué)家從距今5500萬年的沉積層中挖出了巨型磁性化石——微生物殘骸,。這種不尋常結(jié)構(gòu)在大規(guī)模全球變暖時(shí)期的成長(zhǎng),，為我們提供了氣候變化如何影響生物行為的線索。相關(guān)論文10月20日在線發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上,。
無論是目前尚存還是已形成化石的細(xì)菌,，都有一些種類含有磁性物質(zhì)——磁性氧化鐵晶體。一般認(rèn)為生物體利用這些磁性物質(zhì),，沿著地球磁場(chǎng)進(jìn)行導(dǎo)航定位,。不過，論文第一作者,、加拿大麥吉爾大學(xué)的Dirk Schumann說,，新發(fā)現(xiàn)的這些化石“和任何以前描述過的磁性晶體都不同”。
Schumann和同事從美國(guó)新澤西州的沉積物中發(fā)現(xiàn)了這些化石,。研究小組把沉積物溶于水中,，用磁鐵提取磁性物質(zhì)，之后通過電子顯微鏡進(jìn)行研究,。研究小組發(fā)現(xiàn)這些磁鐵晶體含有氧的同位素,，這表明它們是水生來源。
Schumann表示,，與其它能產(chǎn)生磁性的微生物相比,，此次發(fā)現(xiàn)的大部分化石都可以稱為巨人，體型達(dá)到先前的8倍,，一些在長(zhǎng)度上能達(dá)到4微米,。而且這些化石的形狀就像矛頭和拉長(zhǎng)了的鉆石，這種形狀從未在先前發(fā)現(xiàn)的化石中出現(xiàn)過,，也不存在于現(xiàn)存的任何生物體,。
科學(xué)家還不知道有哪種微生物能夠制造出這樣大且形狀怪異的磁性晶體。Schumann說,，這一新發(fā)現(xiàn)的晶體一定是真核生物——一種比細(xì)菌更復(fù)雜的生物形態(tài)——形成的,，先前人們認(rèn)為絕大多數(shù)磁性晶體是由細(xì)菌形成的。美國(guó)加州州立工藝大學(xué)退休物理學(xué)家,、研究喜磁細(xì)菌的Richard Frankel說：“這是個(gè)令人信服的結(jié)論,，而且這些新化石非常令人感興趣。”
論文合著者,、普林斯頓大學(xué)的Robert Kopp說,，巨型微生物可能用它們的晶體來定向。也有可能其中的一些微生物用這些矛一樣的晶體作為盔甲外衣,。
發(fā)現(xiàn)這些磁性水晶的沉積物已有5500萬年的歷史,，正是古新世-始新世極熱（Paleocene-Eocene Thermal Maximum）時(shí)期。這一時(shí)期持續(xù)了幾萬年，地球溫度上升了約5-9攝氏度,。
美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校地球物理學(xué)家James Zachos說,，這表明巨大氣候變化形成了完美的條件，使得大型微生物開始“喜愛”氧化鐵,。這一發(fā)現(xiàn)支持了這樣一種預(yù)言,，即隨著全球變暖引起溫度升高，沿海生態(tài)情況將發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化,。
為了確定這些晶體的作用,，研究小組將尋找能夠制造相同尺寸和形狀的磁性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代微生物。他們也許會(huì)在亞馬遜發(fā)現(xiàn)它們,，那里的反應(yīng)性鐵離子含量是新澤西海岸等三角洲環(huán)境的2倍,。Kopp說，這將會(huì)告訴科學(xué)家“許多關(guān)于允許這種結(jié)構(gòu)開始成長(zhǎng)的條件”,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
PNAS,，doi: 10.1073/pnas.0803634105，Dirk Schumann,，Hojatollah Vali
Gigantism in unique biogenic magnetite at the Paleocene–Eocene Thermal Maximum
Dirk Schumann*,?, Timothy D. Raub?, Robert E. Kopp§, Jean-Luc Guerquin-Kern?,‖, Ting-Di Wu?,‖, Isabelle Rouiller?,**, Aleksey V. Smirnov??, S. Kelly Sears?,**, Uwe Lücken??, Sonia M. Tikoo?, Reinhard Hesse*, Joseph L. Kirschvink?, and Hojatollah Vali*,?,**,§§
+Author Affiliations
*Department of Earth and Planetary Sciences, McGill University, 3450 University Street, Montréal, QC, Canada H3A 2A7;
?Facility for Electron Microscopy Research, and
**Department of Anatomy and Cell Biology, McGill University, 3640 University Street, Montréal, QC, Canada H3A 2B2;
?Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, MC 170-25 1200 East California Boulevard, Pasadena, CA 91125;
§Department of Geosciences and Woodrow Wilson School of Public and International Affairs, Princeton University, 210 Guyot Hall, Princeton, NJ 08544;
?Imagerie Intégrative de la Molécule à l'Organisme, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Unité 759, Institut Curie, 91405 Orsay, France;
‖Laboratoire de Microscopie Ionique, Institut Curie, 91405 Orsay, France;
??Department of Geological and Mining Engineering and Sciences, Michigan Technological University, Houghton, MI 49931-1295; and
??Nanobiology Marketing, FEI Company, Eindhoven, 5600KA, Eindhoven, The Netherlands
Abstract
We report the discovery of exceptionally large biogenic magnetite crystals in clay-rich sediments spanning the Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM) in a borehole at Ancora, NJ. Aside from previously described abundant bacterial magnetofossils, electron microscopy reveals novel spearhead-like and spindle-like magnetite up to 4 μm long and hexaoctahedral prisms up to 1.4 μm long. Similar to magnetite produced by magnetotactic bacteria, these single-crystal particles exhibit chemical composition, lattice perfection, and oxygen isotopes consistent with an aquatic origin. Electron holography indicates single-domain magnetization despite their large crystal size. We suggest that the development of a thick suboxic zone with high iron bioavailability—a product of dramatic changes in weathering and sedimentation patterns driven by severe global warming—drove diversification of magnetite-forming organisms, likely including eukaryotes.
