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早期地球的固氮行为被发现 是生命发展的重要条件
时间:2021-08-09 08:39:18

氮对于所有的生命形式都是至关重要的:它是蛋白质、核酸和其他细胞结构的一部分。因此,能够将大气中的气态氮转化为生物可利用的形式--铵,对于早期地球上的生命发展是非常重要的。然而,至今我们还没有弄清楚谁在早期地球上进行了这种所谓的固氮作用,以及在哪种酶的帮助下进行的。 现在,位于不来梅的马克斯-普朗克海洋微生物研究所的研究人员表明,在类似于原生代海洋的贫瘠条件下,一个以前未被重视的细菌群体能够非常有效地固氮。

由于很难直接研究原生代海洋,来自不来梅马克斯·普朗克研究所的研究人员Miriam Philippi和Katharina Kitzinger及其同事用一个可比较的现代栖息地来代替它。瑞士的高山湖泊Cadagno与大多数其他湖泊不同,Cadagno湖是永久分层的,这意味着上层和下层的水不混合。紫硫细菌居住在上层含氧层和下层无氧和含硫层之间的过渡区,在那里,它们进行光合作用并氧化硫磺。

该研究的第一作者Philippi说:"这组微生物化石的发现表明,至少在16亿年前的原生代,它们已经生活在我们的星球上。因此,这个湖和这些细菌代表了一个在许多方面与原生代海洋相似的系统。因此,它是如此适合于学更多关于早期地球的演变过程。"

淡水Cadagno湖中的紫硫细菌 ,以及用nanoSIMS测量的其单细胞固氮活(下图,暖色表示高活)。

利用生物地球化学和分子分析的结合,Philippi及其同事发现,Cadagno湖中的紫硫细菌非常有效地固定氮。固氮是将活不高的氮气转化为许多生物体可以使用的氮化合物,例如,藻类。"据我们所知,这是自然界中紫硫细菌固氮的第一个直接证据,"共同作者Katharina Kitzinger解释说。

"我们发现它们使用了现今最常见的酶,即钼制氮酶来做这件事。尽管这种酶并不罕见,但我们非常惊讶地在卡达诺湖发现了它。"这是因为水中只有很少的钼--就像在原生代的海洋中一样,这使得研究人员相信在早期地球上非钼制氮酶占主导地位。"现在我们知道,即使在低钼浓度下,钼制氮酶也能非常有效地工作。"

"第一个提示表明紫硫细菌可能部分地负责了原生代海洋的固氮作用,直到现在,人们普遍认为蓝细菌在当时进行了大部分的固氮作用,紫硫细菌在这个过程中的作用可能被低估了"。

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