8亿年前的蓝藻既能输氧还能固氮

作者:张晔 来源:科技日报
2018-02-05 17:43:26
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科技日报南京2月1日电(记者张晔)每到夏季,太湖等湖泊就会发生“水华”,黄海海域也会爆发“赤潮”,蓝藻成为养殖和旅游业避之不及的“环境杀手”。但近日,中国科学院南京地质古生物研究所在安徽寿县发现8亿年前的“大型安徽丝藻”,为地球早期生物固氮提供了的最早化石证据。相关成果于2月2日在线发表在《细胞》出版集团《当代生物学》杂志上。

蓝藻又称为蓝细菌,是地球上最古老、生存时间最长的生物门类之一,通过光合作用释放氧气,使早期地球大气从无氧状态逐渐演化到有氧状态。

不仅如此,蓝藻中间亦有不少具备固氮能力的种类。作为组成氨基酸和核酸的基本元素之一,氮元素的吸收对生物的生存至关重要。生物通常不能直接利用空气中的氮气,而某些特殊类型的蓝藻可以将空气中的氮气转化为生物可吸收利用的化合态氮。

在现生蓝藻中,有一种能进行固氮作用的结构被称为异形胞。因此具异形胞蓝藻是早期生物固氮的直接证据,然而它们的化石记录非常稀少且争议很大。

大型安徽丝藻为单列的丝体化石,并由一层薄的胞外胶鞘包裹。既能单独保存为丝体化石,亦能与其他丝状化石一起形成底栖的微生物席。藻丝由多个细胞组成,部分营养细胞成对地出现,为横向二分裂产生的子细胞。对比现生蓝藻的结构,研究认为大型安徽丝藻是一种具异形胞的蓝藻化石,很可能起源于新元古代早期。大型安徽丝藻的发现,将最早可靠的具异形胞的蓝藻化石记录由泥盆纪(约4.1亿年前)向前推进到新元古代早期(10-7.2亿年前),提供了早期生物固氮的最早化石证据。

蓝藻的异形胞是为了应对氧气浓度上升、保护其中对氧气敏感的固氮酶而产生,因此大型安徽丝藻从生物学方面也证实了新元古代早期地球氧化还原环境的转变。

8亿年前的蓝藻既能输氧还能固氮

新元古代早期刘老碑组中具异形胞蓝藻化石。图a为保存在岩石手标本表面,主要由大型安徽丝藻(箭头所指)构成的肉眼可见的微生物席。图f中箭头所示为厚壁孢子。

8亿年前的蓝藻既能输氧还能固氮

新元古代早期刘老碑组中具异形胞蓝藻化石。图a所示为藻殖段形成过程,图b为藻殖段,图c-f中箭头所示为厚壁孢子。

8亿年前的蓝藻既能输氧还能固氮

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