趋磁细菌上海研究所（趋磁细菌磁性机制）

趋磁细菌是一类能够在外磁场作用下定向运动，并在体内形成纳米磁性颗粒——磁小体的细菌，主要分布在土壤、湖泊和海洋中。

趋磁细菌是理查德·布莱克莫尔在1975年发现的。他在一种叫做褶皱螺旋体的趋磁细菌中发现了磁小体的存在，并给它命名。布莱克莫尔发现，在显微镜下观察时，这些细菌总是向载玻片的一侧移动。如果他在载玻片附近拿着一块磁铁，细菌就会移动到磁铁的N极。这些细菌之所以会这样，主要是因为它们会产生微小的含铁磁性颗粒。每个粒子都有一个北极和一个南极。这些细菌将这些小磁铁排成一行，形成一个长磁铁。他们用这块磁铁作为指南针，使他们朝着地磁方向移动。为什么这些细菌需要指南针？像许多其他类型的细菌一样，趋磁细菌不太喜欢氧气。他们需要从富氧区转移到微氧或无氧区。在水性环境中，氧含量随着水深的增加而降低，所以趋磁细菌喜欢生活在它们水性环境的底部。

据悉，地球磁场不仅保护地球生物免受太阳风和有害宇宙射线的侵害，还会直接影响一些生物的行为和生理活动。能沿地磁场线方向移动的趋磁细菌是受磁场影响的微生物家族的代表。

西太平洋麦哲伦海山正在进行科技基础资源调查专项综合考察& ldquo科学& rdquo潘宏淼，副研究员，来自中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室，主要从事趋磁细菌的研究。& ldquo科学& rdquo& ldquo发现& rdquo深海机器人一号从海山采集的沉积物主要是有孔虫砂。潘红苗在显微镜下仔细观察它们，期望从它们身上寻找趋磁细菌。

& ldquo趋磁细菌广泛存在于地球上，在淡水湖、河流、潮间带、潟湖、盐湖等700多种生态环境中均有发现，其多样性等特征也被深入研究。& rdquo潘宏淼说，& ldquo然而，目前对深海环境中趋磁细菌的群落结构和多样性特征还缺乏系统的、有针对性的研究。特别是在海山这种特殊环境下，至今没有系统的报道。& rdquo

海山是深海海底独特而普遍的地貌之一，具有很高的生物量和物种丰富度。2015年以来，中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室团队在西太平洋马里亚纳海山和加罗林海山科学考察中发现趋磁细菌，其中在马里亚纳海山鉴定出14个新属，16个新种。

鞭毛是细菌的运动器官。在马里亚纳海山，研究团队发现了一种特殊的趋磁细菌，鞭毛的排列方式前所未有，这可能是趋磁细菌适应海山特殊环境的一个特征。相关研究论文于2017年底发表在国际权威学术期刊《科学报告》上。

趋磁细菌为什么能趋磁？

原来趋磁细菌可以吸附生活环境中的铁，形成棱柱、立方八面体、子弹等不同形状的磁性体，呈链状排列。这相当于形成了一个有机体& ldquo指南针& rdquo从而使细菌能够有效感知外界磁场，利用地球磁场的磁力线快速定位最佳生态位。

科学研究发现，趋磁细菌不喜欢生活环境中有太多氧气。为了找到最适合的氧浓度环境，南半球的趋磁细菌喜欢沿着磁力线向南移动，北半球的趋磁细菌喜欢向北移动，赤道附近还有南北向的趋磁细菌。

利用这种快速定位特性，趋磁细菌可以在药物研发中发挥重要作用。细菌中纯化的磁小体毒性低，生物相容性好，可作为多种药物和大分子化合物的载体，用于肿瘤的靶向治疗。

趋磁细菌在地球上分布广泛，数量众多，参与铁、硫、碳、氮、磷等元素的循环，在海洋生物地球化学循环中发挥着重要作用。在一般细菌中，铁只占细胞干重的0.025%，而趋磁细菌占3.8%，是一般细菌的100多倍。

趋磁细菌死亡后，一些磁小体可以形成化石。磁小体化石所携带的古地磁和古环境信息对于研究生物成因和生物成矿作用是非常理想的& ldquo模式生物& rdquo可以为科学家重建地球古气候环境提供重要依据。

潘红苗说，如果在麦哲伦海山沉积物中发现趋磁细菌，将结合光学和电子显微镜、系统发育和宏基因组学研究不同海山沉积物中趋磁细菌的分布、种群结构和多样性，分析它们与环境因子的相关性，探索海山趋磁细菌的特殊种类和进化起源。