法国研究人员发现一种新的光合细菌,它能够控制自身的矿物质形成(钙、镁、钡和锶的碳酸盐),这一结果发表在2012年4月27日的Science上,它揭示了一种机制未知的新型生物矿化作用的存在。这一发现对于解释古化石记录具有重要意义。
蓝细菌(蓝绿藻类原核生物)一直吸引着科学家们的注意力,它能够进行光合作用,在地球生活史中发挥着重要作用,特别地促进了大气氧化作用。一些蓝藻能够形成细胞外碳酸钙,尤其是那些与叠层石相关的碳酸盐岩,它们距今约35亿年,是地球上最早的的生命痕迹。因此,蓝细菌化石就出现在这一类岩层形成的期间。然而,第一个蓝细菌化石仅能回溯到7亿年前,正好是约23亿年前地球大气中氧气水平开始上升之后。
科学家们在墨西哥一个火山湖中收集叠层石,并在实验室中进行培养,他们发现了一种新的蓝细菌,称为Candidatus Gloeomargarita lithophora,它源自蓝细菌的一个早期分支谱系,能形成270nm(2700亿分之一米)大小的细胞内碳酸钙纳米粒,但其生物矿化作用的机制尚属未知。虽然,已知有些蓝细菌形成叠层石内的细胞外碳酸钙盐,但是在细胞内还没有观察到这样的形成。这一新物种还有另一个鲜明特点,即积累锶、钡并将它们整合成碳酸盐。
这一发现对于解释古化石记录有重要意义。如果叠层石相关蓝细菌在细胞内形成碳酸盐,而不是细胞外,那它们就不会被保存在化石中。这就能解释它们最早出现(至23亿年前)与发现的最古老化石(7亿年前)之间的时间间隔。接下来的工作就是要找出蓝细菌为什么和如何产生碳酸钙。(生物谷bioon.com)
doi:10.1126/science.1216171
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PMID:
An Early-Branching Microbialite Cyanobacterium Forms Intracellular Carbonates
E. Couradeau, K. Benzerara, E. Gerard, D. Moreira, S. Bernard, G. E. Brown, P. Lopez-Garcia
Cyanobacteria have affected major geochemical cycles (carbon, nitrogen, and oxygen) on Earth for billions of years. In particular, they have played a major role in the formation of calcium carbonates (i.e., calcification), which has been considered to be an extracellular process. We identified a cyanobacterium in modern microbialites in Lake Alchichica (Mexico) that forms intracellular amorphous calcium-magnesium-strontium-barium carbonate inclusions about 270 nanometers in average diameter, revealing an unexplored pathway for calcification. Phylogenetic analyses place this cyanobacterium within the deeply divergent order Gloeobacterales. The chemical composition and structure of the intracellular precipitates suggest some level of cellular control on the biomineralization process. This discovery expands the diversity of organisms capable of forming amorphous calcium carbonates.