地球微生物学中的新兴前沿领域

1、摘要

地球微生物学和微生物地球化学(GMG)的交叉学科领域给多样性环境中的微生物功能和保存提供了不少崭新和令人惊奇的见解。GMG 中的新兴前沿领域由材料科学、经济地质学、人类健康和古生物学的最新发现所驱动。生物体内电子传递的机制和尺度范围正在被重新定义,从矿床的形成到人体内的微生物功能都不同。生物矿化作用的途径是很多化石化作用的一个关键控制点。通过微生物学生成的物质材料在科学技术和医学应用中也展现了巨大的潜力。

2、引言

在过去的20 年中,地球微生物学和微生物地球化学(GMG)领域有了一个跨越式的发展,GMG 的研究人员开发出新的技术手段,用以探测活细胞周围的微环境。对微生物周围环境的某些最敏感的参数可以通过多种技术来测量。GMG 方法将深刻影响材料科学、应用地球化学、人类健康和古生物学这些领域。有关微生物- 金属和微生物- 矿物相互作用的详细机理模型,不仅对理解现代海洋和陆地生态系统的功能至关重要,而且对解密相当长的时间跨度内所累积的重大环境变迁记录,找寻早期生命和新陈代谢的直接证据具有重大意义。

3、行文思路

本文通过对微生物矿化作用和材料合成、矿产勘探中的微生物、“生物地质电池”和长距离电子传递、GMG在人体中的应用、微生物的保存和地质古生物学这五个部分进行详细的描述,进而全面的介绍了GMG。下图为由细菌形成的矿物相的三种类型(图1)大型生物体通过微生物席(mats)形成化石的过程(图2)。

图1 由细菌形成的矿物相的三种类型

图2 大型生物体通过微生物席(mats)形成化石

4、结论

GMG 通过对微生物的多样性、活动和功能进行研究,建立了新的理论框架,揭示了微生物、地球物质和环境(微环境)彼此之间新的联系。GMG 方法将越来越多地应用到资源勘探和材料合成领域中。

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