子弹头形磁铁矿磁小体的生物矿化机制和磁学研究有新进展
趋磁细菌是一类能沿地磁场磁力线游泳细菌的总称，能在细胞内合成有生物膜包被的、晶型完好而独特的、纳米尺寸的、单磁畴（SD）的磁铁矿（Fe3O4）或胶黄铁矿（Fe3S4）晶体颗粒—磁小体。磁小体是生物控制矿化的产物，是揭示生物矿化和认知生物-地磁场作用的重要研究对象；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；磁小体还作为新型的生物纳米磁性材料在生物医学和材料学领域具有广泛的应用前景。
硝化螺菌门的大杆菌M. bavaricum能在细胞内合成成百上千个子弹头形磁铁矿磁小体，它的矿化能力是其它趋磁细菌的数十倍，其矿化机制、铁元素循环和沉积物剩磁贡献备受关注。其独特的子弹头形磁铁矿颗粒也是最为明显的生物成因标志，被作为古生命遗迹和古环境重构的重要生物标志物。
地质地球所地球深部结构与过程研究室地磁场与地球内部过程学科组的博士生李金华（现为博士后）和导师潘永信研究员等人利用自行设计的趋磁细菌专用收集系统，成功地从北京密云水库沉积物中富集了足够量的纯的趋磁杆菌MYR-1样品，并研究了其子弹头形磁小体的生物矿化机制和磁学性质。研究结果表明：第一，在密云水库发现的大杆菌MYR-1与早期在德国Chiemsee湖发现的M. bavaricum高度相似，细胞呈杆状，平均长度和直径分别为~6.4 μm和~1.5 μm。每个MYR-1细菌能在细胞内合成超过500个子弹头形磁小体，被组装成3-5束相互平行的磁小体链束结构，晶体长轴与链方向大致平行。磁小体的平均长度与宽度分别为~104 nm和~38 nm（图a）；第二，透射电子显微学研究表明，MYR-1合成的磁小体为磁铁矿，具有两阶段晶体生长模式，即磁小体等轴生长到一定尺寸（~20 nm）后，进行各向异性生长，颗粒大致沿磁铁矿晶体的[100]方向（难磁化轴方向）而不是常规的[111]方向（易磁化轴方向）拉长生长，暗示强烈的生物控制作用（图b和c）；第三，磁学分析表明，尽管MYR-1中磁小体采用[100]晶体取向，但磁铁矿显著的形状各向异性和链束内强的颗粒间静磁相互作用方向一致，每束磁小体链等效为一个大的单轴各向异性SD颗粒，细胞的总磁矩仍接近或等于所有单个磁小体磁矩的总和，从而有效地提高了细胞的磁响应效率。
该项研究揭示了趋磁细菌子弹头形磁铁矿磁小体的部分生物矿化机制。研究成果发表在近期出版的国际知名地学刊物Earth and Planetary Science Letters（《地球与行星科学通讯》）（Li et al. Biomineralization, crystallography and magnetic properties of bullet-shaped magnetite magnetosomes in giant rod magnetotactic bacteria. Earth and Planetary Science Letters, 2010, 293(3-4)：368-376）。
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