科普之窗

　　深海生物也能产矿 

　　生物矿化（biomineralization）是指在生命活动中，生物有机体精确控制（生物控制型矿化，BCM）或代谢产物诱导下（生物诱导型矿化，BIM）无机物质的分异、迁移、富集和转化过程。生命活动的矿化作用是连接地球上有机圈层和无机圈层的重要纽带，生物矿化是地球科学与生命科学交叉研究的前沿课题之一。生物矿化过程及其机制的研究对理解地球地质过程与生命活动相互作用、利用地层化石中保存的生物矿物来反演古环境和探索早期生命起源和演化、以及开发新型的生物纳米材料等均具有重要的科学意义。 

　　铁不仅是地球和类地行星的最主要构成元素之一，也是生物体必须的重要营养元素，它广泛参与细胞生长、新陈代谢和生物矿化等生命过程。通过生物矿化作用，在生物体内、细胞内或细胞外产生铁的氧化物或硫化物。比如，人们已在细菌、昆虫、软体动物、鱼类和鸟类等生物体内发现磁铁矿颗粒地广泛存在。这种生物成因的磁性矿物被认为与生物体内过量铁的贮藏和毒性解除、生物感知并利用地磁场进行定向或导航等生理活动密切相关。 

　　趋磁细菌、铁还原/氧化细菌和铁蛋白分别是研究细胞内、细胞外和生物大分子控制或诱导矿化的典范。趋磁细菌磁小体矿化机制和磁学性质研究，为揭示生物矿化基本规律和探讨生物感知地磁场机理提供了机遇，化石磁小体是寻找古生命遗迹的生物标识物和开展古环境研究的潜在替代指标，磁小体作为新型的生物纳米磁性材料在生物医学和纳米材料学领域也具有很高的应用价值。铁还原/氧化细菌可利用变价Fe元素作为电子供体或受体，改造或形成铁磁性矿物。研究铁细菌矿化、条件过程和作用，将为理解铁元素的地球化学循环、生物磁性矿物和部分铁矿床（如条带铁矿建造BIF）形成提供重要的新认识。铁蛋白广泛存在于动植物及微生物细胞中，参与和维持生物有机体铁代谢的重要铁储存蛋白。它们具有典型的核－壳型纳米结构：内核为水合氧化铁颗粒（6-8 nm），外壳由24个蛋白亚基自组装构成笼状结构（12 nm）。铁蛋白内核的合成受蛋白壳严格控制，为研究生物大分子参与生物矿化的机理提供了理想材料，也为生物仿生合成新型生物源磁性纳米材料提供了一个新的纳米生物反应器。 

　　目前，随着生物学发展，从基因、蛋白层次上去认识生物矿化的机理，为地球科学家、化学家、材料学家提供了全新的技术手段和新思路，同时，也能更好地从分子层次上去设计新型功能材料，进行仿生合成。 

　　神秘深海细菌WP3