超微生物是大洋多金属结核成矿的建造者

通过对太平洋中国开辟区内多金属结核（锰结核）内部纹层构造及锰矿物特征的透射电子显微镜系统研究，以充分的证据，提出了锰结核是超微生物建造体的新观点，认为它是一种典型的锰质核形石。光滑状和瘤状锰结核的分布与矿区地质背景密切相关，分别是由新近发现的纳米级中华微放线菌和太平洋螺球孢菌历经千百万年的世代繁衍和不断堆积加厚而成的。     

中印度洋洋脊Edmond热液场Fe, Si沉淀与微生物的关系

在中印度洋洋脊Edmond热液场瘤状结构体内壁发现了数毫米厚的浅黄褐色-白色微生物席. 这些微生物席内生存着多种长杆、短杆和螺旋杆状微生物, 其共同特征是微生物表面被厚的矿质层所包 裹. 能谱化学分析表明, 微生物表面的矿质层由大量二氧化硅和少量铁氧化物组成. 透射电子显微镜分析发现, 针状含铁物质不但非均匀地吸附在微生物细胞壁表面, 亦在微生物细胞内物质中沉淀, 说明铁在细胞壁表面和细胞内物质中均发生了一定程度的生物富集. 席中微生物的硅化以二氧化硅聚合物在微生物表面的均匀沉淀以及硅叠层的定向排列为特征, 二氧化硅在微生物表面的沉淀可能主要受热液无机沉淀过程所控制. Edmond热液场中微生物席中微生物硅化和铁化现象的发现, 表明该热液场中部分二氧化硅和铁的沉淀过程与微生物密切相关. 由于热液活动提供了微生物成矿过程所必需的成矿元素来源, 这种微生物成矿作用实际上在一定程度上受洋底热液活动所驱动.     

华南二叠纪末大绝灭后的钙质微生物岩及古环境意义

华南钙质微生物岩产在二叠纪末生物大绝灭界线之上. 根据其中的牙形石Hindeodus parvus化石, 微生物岩的产出层位相当于浙江煤山剖面的27层. 钙质微生物岩主要分布在生物礁相或浅水碳酸盐台地之上, 向深水区逐渐尖灭. 钙质微生物岩一般由微晶基质和中、粗晶方解石指状体或斑点所组成. 微生物岩中的生物化石以微生物为主要特征, 同时伴生有小型腹足类、介形虫和小型双壳类化石. 这一以微生物为特征的生物化石组合代表了二叠纪末大绝灭后礁相及浅水碳酸盐台地相上残存下来的一个简单而又特殊的化石群落. 大绝灭界线之上钙质微生物岩的突然出现是二叠纪末全球事件在礁相及浅水碳酸盐台地相上的具体反映. 由于前人对二叠系-三叠系界线及事件的研究多集中在深水相或浅海陆棚中、下部剖面上, 而华南钙质微生物岩则主要分布在浅水或极浅水礁相及碳酸盐台地相剖面上. 因此, 通过对钙质微生物岩的岩石学、古生物学及古生态的研究, 将有助于人们能更全面地了解二叠纪-三叠纪之交全球事件在古海洋不同水深区的具体表现, 为认识全球事件的实质和过程提供浅水礁相及碳酸盐台地相上的新资料.     

化能自养微生物的固碳功能及人工调控策略

生物固碳是地球碳循环过程的重要组成部分,也是控制碳排放的有效方法.在海洋深处、水体沉积物、地表土壤甚至极端环境中,化能自养微生物可通过硫化物、氨、氢气等还原性物质的氧化获取化学能固定无机碳.诸多研究表明化能自养微生物的固碳功能对吸收大气、海洋、湿地、土壤和极端环境中的CO₂具有重要作用,特别是对深海、湖泊深层等无光环境以及深海热液区等极端生境中初级生产的重要贡献.然而,目前区域生态系统碳汇核算模型的建立普遍忽视了化能自养微生物类群及固碳潜能,低估自然生态系统实际碳汇能力.本文基于化能自养微生物固碳研究的现状,阐述了化能自养微生物在不同生态系统中的固碳潜能,介绍了参与化能自养固碳过程的主要微生物类群的代谢特征及固碳途径,重点分析了基于固碳途径和能量代谢提升自养微生物固碳效率的人工调控策略及应用进展.最后,本文对区域生态系统化能自养微生物碳汇功能的精准量化、开发人工增汇技术等未来研究方向进行了展望,为认识和调控化能自养微生物驱动的自然碳汇过程,助力实现“双碳”战略目标提供参考.     

热泉微生物的矿化作用和机制: 来自华南富硅热泉光合自养微生物席中的证据

热泉微生物是地球极端生命体的重要表现形式, 它们不但对于研究地球生命起源和生命演化意义重大, 而且在地球成矿过程中发挥了重要作用. 以采自中国广东省境内两处热泉光合自养微生物席为研究对象, 运用地质学和现代生物学的微观研究方法, 对其中的微生物矿化作用和机制进行了研究. 结果表明, 热泉微生物席对Si, Al, Fe和Ca等多种元素具有重要的富集能力, 在SiO₂, CaCO₃和黏土等热泉矿物形成过程中所起的作用不容忽视. 胞外聚合物质(EPS)在热泉微生物矿化过程中扮演了重要的角色, 矿化过程主要限制在蓝细菌细胞壁外或鞘层外的EPS层中发生. 细菌壁外发育的鞘层同样对于蓝细菌的生物矿化意义重大. 由于鞘层的存在, 一些蓝细菌在表面矿化发生的同时, 还能进行正常的新陈代谢活动. 根据两处微生物席的多种矿化特征, 提出将热泉微生物席的矿化过程划分为早期表面矿化、中期降解矿化和晚期矿物脱落等3个阶段. 上述认识, 对于理解发生在现代和古代热泉环境中的矿化过程、沉积过程以及微化石保存过程均具有重要的意义.     

中国五台绿岩带2.52 Ga枕状熔岩中候选生物改造结构的生物成因性和同生性评估

栖居于海底熔岩基底中的微生物能够侵蚀火山玻璃, 形成微米级的孔洞和钻穴. 这些生物改造的遗迹被矿化后, 即使保存它们的火山玻璃经历了变形和改造成为变质矿物后, 矿化的结构也能够保存下来. 这些生物改造结构的化石记录所赋存的岩性远远超出了原位洋壳火山玻璃的范围. 它们可见于蛇绿岩和前寒武纪绿岩带的变火山玻璃中. 本文报道了中国五台山25.2亿年拉斑质枕状熔岩薄片中发现的丝状体型生物显微结构. 而且, 五台绿岩中发现的微结构在大小、形态和分布上都可以与其他产在太古宙绿片岩相枕状熔岩中的生物蚀变结构相对比. 榍石LA-MC-ICP-MS U-Pb原位定年分析给出的年龄是(1.81±0.12) Ga (2σ, n=22, ²⁰⁶Pb/²³⁸U 加权平均). 该年龄提供了这些生物蚀变结构矿化的最小年龄, 并与区域变质事件年龄相当. 这个年龄也代表这些生物蚀变时间的最小年龄估计, 从而支持晚太古宙海底生物圈的存在.     

细菌表面镀镍的透射电子显微镜与原子力显微镜表征

近年来微生物细胞由于尺寸小、几何外形标准多样和资源丰富等特点成为制备金属纳米结构或材料极具吸引力的生物模板. 以典型的革兰氏阴性菌——大肠杆菌为模板通过无电子化学镀成功制备了具有标准杆状外形的表面镀镍的纳米金属材料, 并利用原子力显微镜和透射电子显微镜对化学镀镍前后的大肠杆菌作了形貌学上的表征、测量与对比. 结果显示, 空白对照菌表面平整光滑并在云母基底表面表现出较显著的铺展效应; 经过活化和化学镀镍后的菌细胞表面粗糙度明显增大, 并在基本保持原有菌模板外形的基础上, 其高宽比有所增大. 超薄切片结果表明, 菌细胞表面的金属镍镀层分布均匀, 其厚度处于纳米量级.     

一种水溶性聚合物与K6[α-P2W18O62]·14H2O 的组装化学

研究了一种水溶性聚合物poly(2-hydroxyl-3-(2-hydroxyethylamino) propyl methacrylate)(PGEA)与一种经典的Dawson 类多酸化合物K₆[α-P₂W₁₈O₆₂]·14H₂O (P₂W₁₈)在pH 4.6的醋酸-醋酸钠(HAc/NaAc)缓冲溶液中的组装化学. 通过Zeta 电位仪、激光粒度散射、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等表征手段研究了PGEA/P₂W₁₈杂化体系的组装过程, 以及PGEA/P₂W₁₈ 体系在不同单位电荷浓度比的电势情况. 此外, 探讨了在溶液中表面净电荷接近零时PGEA 与P₂W₁₈ 的组装过程中粒度大小的变化、平均粒径分布及其杂化体系的表面形貌特征. 结果表明, 由于静电相互作用力的存在, PGEA 和P₂W₁₈ 在10 min 后形成了超分子结构. 随着反应时间的延长, PGEA/P₂W₁₈ 杂化组装的粒径主要分布在120~300 nm 范围内, 并在40 min 后组装趋于稳定, 形成了规整均一的具有类葡萄串状形貌的特征. 深入理解两者之间的组装化学为下一步开展PGEA/P₂W₁₈ 杂化体系的跨膜研究打下了良好的基础.