科研人员揭示趋磁细菌复杂磁性机制

趋磁细菌是生物控矿研究的模式，也是古地磁研究的新增长点。他们可以在细胞中合成生物膜包裹的纳米大小的单畴磁铁矿晶体颗粒。

也被称为磁小体。磁小体在细胞内呈链状排列，充当趋磁细菌向磁场方向游动的“磁场传感器”。这个过程被称为趋磁。趋磁细菌死亡后，磁小体可以保存下来，

成为化石磁小体。沉积物和岩石中的化石磁小体是良好的磁信号载体，可以记录化石磁小体形成和埋藏过程中的古磁场和古环境信息。因此，

它是重建古地磁和古环境信息的潜在替代指标。功能化磁小体作为一种新型的生物磁性纳米材料，在纳米材料和生物医学领域具有广阔的应用前景。

趋磁细菌研究的核心是“磁小体的矿化和磁性”。近年来，由于分子生物学和基因组学的快速发展，微生物学家发现了与磁小体合成相关的基因，并鉴定了参与铁吸收和转运、颗粒大小控制和链组装的蛋白质。然而

与有机过程相比，磁小体链合成的无机过程(即晶体成核和生长)以及由此产生的复杂磁机制在学术界尚不明确。宏观磁学和微观结构研究的有机结合，微生物学、矿物学和物理学的交叉研究，

是研究趋磁细菌和鉴定磁小体化石的必要手段。

近日，。。科学院地质与地球物理研究所的研究人员联合国内外多家单位的研究人员，通过结合微生物学、电镜和岩石磁学技术，在河北省秦皇岛市唐河发现了一种特殊的趋磁球菌THC-1。

它们的磁小体不像大多数趋磁细菌那样呈链状排列，因此具有独特的磁性(图1)。综合研究表明：(1)唐河嗜磁球菌THC-1细胞直径为2.50.2微米，每个细胞含有3515个磁铁矿型磁小体。

磁小体的平均晶体长度为70.68.6纳米，宽度为42.35.2纳米。除了磁小体，THC-1细胞还可以合成富含硫和多聚磷酸的颗粒。(2)THC-1的磁小体晶形是细长的棱柱，

棱镜由六个{110}面组成，上下由两个{111}面组成。

棱镜的十二个角分别被六个{111}面、六个{110}面和六个{001}面截断；(3)特殊的磁小体空间结构使得THC-1的宏观磁性明显不同于其他趋磁细菌。

如果FC和ZFC的值相对较高，而FC/ZFC的值相对较低，则一阶反演曲线(FORC)表现出较强的磁相互作用。

本研究基于前人和研究小组的前期研究成果，揭示了趋磁细菌磁小体的磁性是复杂多样的，是由趋磁细菌种类、磁小体的空间排列、趋磁细菌的生长条件、磁小体的化学纯度等生物、物理和化学因素综合控制的。

虽然与非生物成因磁性矿物明显不同，但不是唯一的(图2)。

The related research results are based on the biomineralization and magnetism of uncultured magnetococcus THC-1 with non-chain magnetosome magnetic nanoparticles.

图1磁球菌THC-1细胞和磁小体的形态特征。

不同种类趋磁细菌和非趋磁细菌产生的磁铁矿的数据分布和磁性比较。

来源：。。科学院地质与地球物理研究所

来源： 中科院之声