图片说明：扫描电子显微镜显示了一个来源于不知名生物的大磁性化石，在它周围包围着来源于细菌的小型磁性化石。（图片来源：Nature网站）
科学家从距今5500万年的沉积层中挖出了巨型磁性化石——微生物残骸。这种不寻常结构在大规模全球变暖时期的成长，为我们提供了气候变化如何影响生物行为的线索。相关论文10月20日在线发表于美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。
无论是目前尚存还是已形成化石的细菌，都有一些种类含有磁性物质——磁性氧化铁晶体。一般认为生物体利用这些磁性物质，沿着地球磁场进行导航定位。不过，论文第一作者、加拿大麦吉尔大学的Dirk Schumann说，新发现的这些化石“和任何以前描述过的磁性晶体都不同”。
Schumann和同事从美国新泽西州的沉积物中发现了这些化石。研究小组把沉积物溶于水中，用磁铁提取磁性物质，之后通过电子显微镜进行研究。研究小组发现这些磁铁晶体含有氧的同位素，这表明它们是水生来源。
Schumann表示，与其它能产生磁性的微生物相比，此次发现的大部分化石都可以称为巨人，体型达到先前的8倍，一些在长度上能达到4微米。而且这些化石的形状就像矛头和拉长了的钻石，这种形状从未在先前发现的化石中出现过，也不存在于现存的任何生物体。
科学家还不知道有哪种微生物能够制造出这样大且形状怪异的磁性晶体。Schumann说，这一新发现的晶体一定是真核生物——一种比细菌更复杂的生物形态——形成的，先前人们认为绝大多数磁性晶体是由细菌形成的。美国加州州立工艺大学退休物理学家、研究喜磁细菌的Richard Frankel说：“这是个令人信服的结论，而且这些新化石非常令人感兴趣。”
论文合著者、普林斯顿大学的Robert Kopp说，巨型微生物可能用它们的晶体来定向。也有可能其中的一些微生物用这些矛一样的晶体作为盔甲外衣。
发现这些磁性水晶的沉积物已有5500万年的历史，正是古新世-始新世极热（Paleocene-Eocene Thermal Maximum）时期。这一时期持续了几万年，地球温度上升了约5-9摄氏度。
美国加州大学圣克鲁兹分校地球物理学家James Zachos说，这表明巨大气候变化形成了完美的条件，使得大型微生物开始“喜爱”氧化铁。这一发现支持了这样一种预言，即随着全球变暖引起温度升高，沿海生态情况将发生不可预测的变化。
为了确定这些晶体的作用，研究小组将寻找能够制造相同尺寸和形状的磁性结构的现代微生物。他们也许会在亚马逊发现它们，那里的反应性铁离子含量是新泽西海岸等三角洲环境的2倍。Kopp说，这将会告诉科学家“许多关于允许这种结构开始成长的条件”。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
PNAS，doi: 10.1073/pnas.0803634105，Dirk Schumann，Hojatollah Vali
Gigantism in unique biogenic magnetite at the Paleocene–Eocene Thermal Maximum
Dirk Schumann*,?, Timothy D. Raub?, Robert E. Kopp§, Jean-Luc Guerquin-Kern?,‖, Ting-Di Wu?,‖, Isabelle Rouiller?,**, Aleksey V. Smirnov??, S. Kelly Sears?,**, Uwe Lücken??, Sonia M. Tikoo?, Reinhard Hesse*, Joseph L. Kirschvink?, and Hojatollah Vali*,?,**,§§
+Author Affiliations
*Department of Earth and Planetary Sciences, McGill University, 3450 University Street, Montréal, QC, Canada H3A 2A7;
?Facility for Electron Microscopy Research, and
**Department of Anatomy and Cell Biology, McGill University, 3640 University Street, Montréal, QC, Canada H3A 2B2;
?Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, MC 170-25 1200 East California Boulevard, Pasadena, CA 91125;
§Department of Geosciences and Woodrow Wilson School of Public and International Affairs, Princeton University, 210 Guyot Hall, Princeton, NJ 08544;
?Imagerie Intégrative de la Molécule à l'Organisme, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Unité 759, Institut Curie, 91405 Orsay, France;
‖Laboratoire de Microscopie Ionique, Institut Curie, 91405 Orsay, France;
??Department of Geological and Mining Engineering and Sciences, Michigan Technological University, Houghton, MI 49931-1295; and
??Nanobiology Marketing, FEI Company, Eindhoven, 5600KA, Eindhoven, The Netherlands
Abstract
We report the discovery of exceptionally large biogenic magnetite crystals in clay-rich sediments spanning the Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM) in a borehole at Ancora, NJ. Aside from previously described abundant bacterial magnetofossils, electron microscopy reveals novel spearhead-like and spindle-like magnetite up to 4 μm long and hexaoctahedral prisms up to 1.4 μm long. Similar to magnetite produced by magnetotactic bacteria, these single-crystal particles exhibit chemical composition, lattice perfection, and oxygen isotopes consistent with an aquatic origin. Electron holography indicates single-domain magnetization despite their large crystal size. We suggest that the development of a thick suboxic zone with high iron bioavailability—a product of dramatic changes in weathering and sedimentation patterns driven by severe global warming—drove diversification of magnetite-forming organisms, likely including eukaryotes.
