圖片說明：掃描電子顯微鏡顯示了一個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菌的小型磁性化石。（圖片來源：Nature網站）
科學家從距今5500萬年的沉積層中挖出了巨型磁性化石——微生物殘骸,。這種不尋常結構在大規(guī)模全球變暖時期的成長,，為我們提供了氣候變化如何影響生物行為的線索。相關論文10月20日在線發(fā)表于美國《國家科學院院刊》（PNAS）上,。
無論是目前尚存還是已形成化石的細菌,，都有一些種類含有磁性物質——磁性氧化鐵晶體。一般認為生物體利用這些磁性物質,，沿著地球磁場進行導航定位,。不過，論文第一作者、加拿大麥吉爾大學的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,，之后通過電子顯微鏡進行研究。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,，體型達到先前的8倍，一些在長度上能達到4微米,。而且這些化石的形狀就像矛頭和拉長了的鉆石,，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——一種比細菌更復雜的生物形態(tài)——形成的,，先前人們認為絕大多數(shù)磁性晶體是由細菌形成的,。美國加州州立工藝大學退休物理學家、研究喜磁細菌的Richard Frankel說：“這是個令人信服的結論,，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）時期,。這一時期持續(xù)了幾萬年，地球溫度上升了約5-9攝氏度,。
美國加州大學圣克魯茲分校地球物理學家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)生不可預測的變化,。
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構的現(xiàn)代微生物,。他們也許會在亞馬遜發(fā)現(xiàn)它們,，那里的反應性鐵離子含量是新澤西海岸等三角洲環(huán)境的2倍,。Kopp說，這將會告訴科學家“許多關于允許這種結構開始成長的條件”,。（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.
