微生物矿化与微化石识别

摘要

以铁氧化细菌BoFeN1和模式菌株大肠杆菌(经基因工程改造，能在细胞内、细胞外和周质空间合成羟基磷灰石)为材料，在实验室条件下，研究微生物矿化及其形成微化石的过程，追踪这些微化石经过“温度-压力-时间”处理后形貌和化学成分的变化，并对近代微生物岩开展对比研究。结果表明，微生物矿化是微化石形成的第一步，形成多种“微生物-矿物”复合体(例如多种微生物矿物或矿物包裹的微生物细胞等);与非矿化细胞相比，这些微生物-矿物复合体(特别是矿物包裹的微生物细胞)对热处理具有更强的抵抗力。例如，经羟基磷灰石钙化包裹的大肠杆菌和经磷酸铁矿化包裹的铁氧化细菌BoFeN1，在厌氧条件下，经600℃和20小时的热处理后，其细胞形态仍保持完好，细胞成分虽发生部分降解，但其生物标识分子(如蛋白质)仍然保留，可以通过电子显微学、谱学(如拉曼光谱、红外光谱和顺磁共振谱)、同步辐射等技术识别出来。这些研究表明，那些独特的微生物矿物(如趋磁细菌磁小体磁铁矿)和经矿物装甲”的微生物将是古老岩石中寻找生命遗迹、研究古环境和生物地球化学循环的新的目标。