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地磁場(chǎng)包裹近地空間，保護(hù)地球生物圈免受太陽(yáng)風(fēng)侵襲。在漫長(zhǎng)的演化中，許多生物擁有了感應(yīng)地磁場(chǎng)，并利用地磁場(chǎng)進(jìn)行定向和導(dǎo)航的能力。然而，關(guān)于生物感磁行為的起源和演化，我們還知之甚少。
趨磁細(xì)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(xiàn)的感磁生物。趨磁細(xì)菌可以合成納米級(jí)、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(chǎng)中定向運(yùn)動(dòng)的能力。
近日，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review, NSR）發(fā)表綜述文章（On the origin of microbial magnetoreception），系統(tǒng)總結(jié)了以趨磁細(xì)菌為代表的感磁微生物研究領(lǐng)域的進(jìn)展。
文章在綜述趨磁細(xì)菌多樣性、起源演化、磁小體功能及其礦化機(jī)理等研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出了一種生物感磁起源的新認(rèn)識(shí)：磁小體的原始功能可能不是感應(yīng)地磁場(chǎng)，而是作為一種納米酶降低早期生命體內(nèi)的活性氧（ROS）濃度，維持細(xì)胞內(nèi)正常的氧化還原水平，幫助這類微生物適應(yīng)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(kuò)展適應(yīng)（Exaptation，圖1）。
作者還對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)的研究方向和存在的挑戰(zhàn)提出了展望。包括早出現(xiàn)的磁小體是何種成分、現(xiàn)生趨磁細(xì)菌中磁小體的生理代謝功能、磁小體生物礦化的過程和機(jī)理、趨磁細(xì)菌對(duì)現(xiàn)代和地質(zhì)歷史時(shí)期鐵元素循環(huán)的貢獻(xiàn)、以及趨磁細(xì)菌應(yīng)用于天體生物學(xué)研究等。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。相關(guān)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(jìn)一步約束早期地磁場(chǎng)和古海洋環(huán)境提供依據(jù)。
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