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科技日?qǐng)?bào)記者 馬愛(ài)平
細(xì)菌化石是指保存在巖石中的細(xì)菌遺體或其活動(dòng)留下的痕跡。4月12日，記者從西北大學(xué)早期生命與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)獲悉，該團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、上海交通大學(xué)等單位科學(xué)家合作，在5.18億年前的寒武紀(jì)清江生物群中發(fā)現(xiàn)多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的絲狀硫酸鹽還原細(xì)菌化石清江絲菌，并結(jié)合分子生物學(xué)分析結(jié)果，還原了硫酸鹽還原菌與地球環(huán)境協(xié)同演化歷史。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報(bào)》（英文版）上。
在此之前，除了少數(shù)有特殊形貌的藍(lán)細(xì)菌化石和趨磁細(xì)菌磁小體化石外，在古老地質(zhì)記錄中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可靠的硫酸鹽還原細(xì)菌化石。硫酸鹽還原菌的演化與地球環(huán)境變化的關(guān)系，科學(xué)界也沒(méi)有明確的認(rèn)識(shí)。
論文共同通訊作者、西北大學(xué)教授張興亮表示，硫酸鹽還原細(xì)菌是一類(lèi)在厭氧條件下生活的微生物，它們利用硫酸鹽氧化有機(jī)碳來(lái)獲取能量，并在此過(guò)程中將硫酸鹽還原產(chǎn)生代謝產(chǎn)物硫化氫。這些細(xì)菌在環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域中都具有極為重要的意義。它們是地球硫循環(huán)的關(guān)鍵推動(dòng)者，通過(guò)還原硫酸鹽參與到硫的生物地球化學(xué)循環(huán)中，影響硫在不同價(jià)態(tài)和形態(tài)間的轉(zhuǎn)化。同時(shí)，它們也參與有機(jī)質(zhì)的分解和甲烷氧化等過(guò)程，從而調(diào)節(jié)海洋的氧化還原狀態(tài)和溫室氣體排放。
清江絲菌化石的產(chǎn)地和環(huán)境背景。(a)早寒武紀(jì)揚(yáng)子臺(tái)地巖相古地理圖和清江絲菌及所屬清江生物群的化石產(chǎn)地；（b）清江生物群生態(tài)復(fù)原圖
研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)化石證據(jù)和譜系基因組學(xué)分析結(jié)果，提出硫酸鹽還原菌與地球氧化事件協(xié)同演化假說(shuō)，認(rèn)為脫硫細(xì)菌門(mén)首先在24億年前的大氧化事件期間發(fā)生輻射演化，約8.5億年前演化出絲狀多細(xì)胞種類(lèi)；在新元古代末期，地球第二次氧化事件導(dǎo)致海底廣泛氧化，絲狀種類(lèi)約在5.6億年前獲得傳導(dǎo)電子功能，硫酸鹽還原通路逆轉(zhuǎn)，演化成可以跨越氧化還原界面，一端在還原帶氧化硫，另一端在氧化帶還原氧的電纜細(xì)菌。
清江絲菌化石的多細(xì)胞絲狀體形態(tài)。（a，b）清江絲菌的多細(xì)胞絲狀體長(zhǎng)鏈；（c）同一絲體相鄰細(xì)胞內(nèi)黃鐵礦微晶的晶型和大小可發(fā)生變化；（d）酸處理后的清江絲菌顯示完整的棒狀細(xì)胞形態(tài)；（e）一枚嵌入在泥質(zhì)圍巖中的棒狀細(xì)胞；（f）一截四連體細(xì)胞，在部分細(xì)胞的中間部位可見(jiàn)細(xì)胞分裂形成的淺溝（箭頭）；（g）同一絲體上細(xì)胞寬度基本恒定，長(zhǎng)度變化不一，并且在細(xì)胞鏈接處明顯收縮。（a–c，g）：掃描電鏡二次電子圖像；（d–f）：掃描電鏡背散射電子圖像
論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李金華表示，這項(xiàng)研究是古生物學(xué)、地球化學(xué)、譜系基因組學(xué)交叉合作的結(jié)果，同時(shí)借助了多種高分辨率、高精度顯微和微區(qū)原位分析技術(shù)，是在多學(xué)科交叉背景下探究微生物硫酸鹽還原作用與地球環(huán)境協(xié)同演化的首次嘗試，對(duì)融合利用顯微學(xué)和基因組學(xué)等最新技術(shù)、促進(jìn)地學(xué)與生物學(xué)前沿交叉、探索解決地球與生命協(xié)同演化等具有重要意義。
“結(jié)合分子生物學(xué)對(duì)不同譜系微生物起源演化時(shí)間預(yù)測(cè)，在古老地質(zhì)記錄中找到可靠的微生物化石證據(jù)，是當(dāng)下天體生物學(xué)的重要研究課題?！闭撐牡墓餐ㄓ嵶髡摺⑸虾＝煌ù髮W(xué)副教授王寅炤認(rèn)為，這項(xiàng)研究能夠?yàn)榭茖W(xué)家探討“生命在火星等其他行星上的存在、演化的可能性研究”提供參考，為人類(lèi)尋找地外生命提供了一種可能的途徑。
（西北大學(xué)早期生命與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)供圖）
責(zé)任編輯： 陳可軒
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