感磁微生物研究領域的進展

地磁場包裹近地空間，保護地球生物圈免受太陽風侵襲。在漫長的演化中，許多生物擁有了感應地磁場，并利用地磁場進行定向和導航的能力。然而，關于生物感磁行為的起源和演化，我們還知之甚少。

趨磁細菌起源于中太古代，以之為代表的感磁微生物很可能是地球上早出現的感磁生物。趨磁細菌可以合成納米級、鏈狀排列的鐵磁性顆粒（稱為磁小體），磁小體作為“感磁器官”，使該類微生物具有在地磁場中定向運動的能力。

近日，《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發(fā)表綜述文章（On the origin of microbial magnetoreception），系統(tǒng)總結了以趨磁細菌為代表的感磁微生物研究領域的進展。

文章在綜述趨磁細菌多樣性、起源演化、磁小體功能及其礦化機理等研究進展的基礎上，提出了一種生物感磁起源的新認識：磁小體的原始功能可能不是感應地磁場，而是作為一種納米酶降低早期生命體內的活性氧（ROS）濃度，維持細胞內正常的氧化還原水平，幫助這類微生物適應早期地球的高輻射等環(huán)境；在隨后的演化中，磁小體逐漸獲得感磁功能。這一演化過程被作者稱為微生物感磁的擴展適應（Exaptation，圖1）。

作者還對該領域未來的研究方向和存在的挑戰(zhàn)提出了展望。包括早出現的磁小體是何種成分、現生趨磁細菌中磁小體的生理代謝功能、磁小體生物礦化的過程和機理、趨磁細菌對現代和地質歷史時期鐵元素循環(huán)的貢獻、以及趨磁細菌應用于天體生物學研究等。

該研究得到國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等項目的資助。相關成果有助于更好地理解生物感磁行為的起源和早期演化，也為進一步約束早期地磁場和古海洋環(huán)境提供依據。