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8亿岁蓝藻是“微型氮肥加工厂”

《太行日报·晚报版》 (2018.02.09 15版)

化石和显微镜下的“大型安徽丝藻”

从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,该所早期生命研究团队在安徽寿县新近发现一类生活在8亿年前且具有固氮能力的多细胞蓝藻化石:大型安徽丝藻。这是迄今发现的最古老的固氮生物化石,科学家将之形象地称为“天然氮肥厂”。这一发现,也将有据可查的生物固氮历史前推了约4亿年。

蓝藻又称为蓝细菌,是地球上最古老、生存时间最长的低等原核生物之一,现在人类食用的“地皮菜”“螺旋藻”等,就属于蓝藻类群。蓝藻中的一部分,具备固氮能力,这对大部分生物的生存演化起到至关重要作用。作为组成氨基酸和核酸的基本元素之一,氮元素是生物体的必须元素。但地球上绝大多数氮以氮气形式存在,可直接被利用的非常有限。这时,就需要有固氮能力的原核生物,将游离的氮气转化为能被多数生物吸收利用的化合态氮,如氨或铵根离子。

此次研究参与者、南古所助理研究员庞科介绍,有一类具有固氮能力的蓝藻,普遍具有一种被称为“异形胞”的结构,这也是识别蓝藻固氮功能的重要证据。化石形态学分析显示,此次发现的大型安徽丝藻,就是一种具有异形胞的蓝藻。异形胞内含有丰富的固氮酶,是蓝藻固氮的场所。特化的厚壁异形胞细胞,可以在原有细胞壁外形成包裹层,阻挡氧气进入,以保护固氮酶不失活,从而在富氧环境中固氮。

此次发现的大型安徽丝藻,是距今最早的生物固氮化石证据。此前,科研人员曾在更古老的地层发现过类似形态的蓝藻化石,但并未发现异形胞结构。科研人员进一步推测,在距今8亿年前后,地球大气环境中氧气浓度很可能升高,固氮蓝藻需演化出异形胞结构,以保证对氧气敏感的固氮酶正常工作。

据新华社

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