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地球早期生物固氮的最早化石证据:安徽寿县发现8亿年前蓝藻家族中的“大型安徽丝藻”

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热度63票 浏览430次 时间:2018年2月02日 11:02
地球早期生物固氮的最早化石证据:安徽寿县发现8亿年前蓝藻家族中的“大型安徽丝藻”

地球早期生物固氮的最早化石证据:安徽寿县发现8亿年前蓝藻家族中的“大型安徽丝藻”

显微镜下的“大型安徽丝藻”

显微镜下的“大型安徽丝藻”

科研人员展示8亿年前的化石。崔晓 摄

科研人员展示8亿年前的化石。崔晓 摄

(中国化石网报道)据现代快报/ZAKER(南京记者 胡玉梅 韩雨霁 文/摄):8亿年前的地球,陆地上光秃秃一片,海洋里则是藻类占主导……经过多年研究,中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队,在安徽寿县发现了8亿年前蓝藻家族中的“大型安徽丝藻”,神奇的是,这些藻具有异形胞,能保护固氮酶不失去活力,“这说明,8亿年前的藻类,已经具有固氮功能了。这把生物固氮证据往前推进了4亿年。”中科院南京地质古生物研究所博士庞科介绍说。这一研究成果,将于2月2日在线发表在《细胞》出版集团《当代生物学》杂志上。

为研究蓝藻,科学家先养“藻”

“‘大型安徽丝藻’是在安徽寿县八公山地区发现的。这一带的化石,我们早在上世纪90年代就开始关注了。”中科院南京地质古生物研究所研究员袁训来介绍说,这一地区的化石地层约为8亿年前,曾经发现过大量的丘尔藻和塔乌藻化石。而“大型安徽丝藻”被关注发现则是2013年左右。

眼前,被称为“大型安徽丝藻”的化石,其实只有巴掌大小,仔细看上面有一圈的黑色小细丝,有点凌乱。借助显微镜,现代快报记者发现,那些丝藻就像一团团头发丝。“想要发现这样的化石,得要非常细心,而且得练就火眼金睛才行。因为它们在普通人眼里,就是普通石头。”袁训来说。

庞科是如何发现这些化石的呢?“我专门养过蓝藻,这些蓝藻和现在的蓝藻有差别。”庞科说,他本科的研究课题就是蓝藻,为了研究,曾经养了很多蓝藻。

8亿岁蓝藻,是“微型氮肥加工厂”

8亿年前,地球上一片荒凉,今天寿县所属的华北片区东南部是一片超级海域,在浅海地带,表面漂浮着蓝藻家族……

作为蓝藻家族的一员,“大型安徽丝藻”有什么独特的生活习性?庞科他们通过研究发现,8亿岁的“大型安徽丝藻”虽然细小如发丝,但功能很强大。庞科说,“大型安徽丝藻”具有异形胞,这是一种缺乏光合结构、通常比普通营养细胞大的厚壁细胞,其中含有丰富的固氮酶,是蓝藻进行固氮作用的场所。“具体来说,它们是微型氮肥加工厂。”

庞科说,氮是生命的基本组成元素之一,也是一种很顽固的元素,不溶于水。“氮元素,对于整个生物圈的氮循环是非常重要的,而我们发现的蓝藻在8亿年前,就能通过生物固氮的作用,将空气中的氮气固定到自己体内,从而使氮元素进入生物圈进行循环,以供其他生物利用。这非常了不起。”

这一发现也把生物固氮的证据也往前推进了4亿年。

间接证明8亿年前地球氧含量抬升

“蓝藻从30亿年前就有了,而具有固氮功能的蓝藻,8亿年前才出现。”袁训来说,蓝藻家族从诞生以来,它们的形态在漫长的岁月中并没有太大的变化。

而“大型安徽丝藻”的化石的发现,也间接证明地球在8亿年前地球氧含量呈上升之势。

“8亿年前地球氧含量比我们现在低很多,但那时候没有动物,只有进行光合作用的生物,这样一来地球上的氧含量逐渐攀升。因为氧含量高了,不断发生氧化反应。在这样的环境下,大型安徽丝藻为了防止体内的氮流失,保护其中对氧气敏感的固氮酶,于是出现了异形胞,而细胞膜具有隔离氧的作用。”袁训来对现代快报记者说。

相关报道:吸收氮元素 “搬”进生物链 专家发现神奇藻类化石

(中国化石网报道)据南报网(毛庆):近日,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队庞科博士等,在安徽寿县新元古代约8亿年前的化石中发现了具有多细胞和细胞分化的“大型安徽丝藻”,认为其为早期生物固氮的最早化石证据,相关成果今天在线发表在《细胞》出版集团《当代生物学》杂志上。

记者昨天在古生物研究所看到,“大型安徽丝藻”就像一层膜覆盖在化石表面,在显微镜下看,像一团团头发丝。虽然8亿年过去了,但这种原始藻类和目前我们所见的蓝藻模样差不多。庞科介绍,氮元素的吸收对生物的生存至关重要,但氮又是一种很顽固的元素,不溶于水,而且高等植物没法直接吸收,只能通过化工的方式合成氮肥,供植物吸收,或是通过植物将氮固定在身体里,进入生物链循环,这种神奇的藻类扮演的角色就是后者。

庞科说,“大型安徽丝藻”具有异形胞,这是一种缺乏光合结构、通常比普通营养细胞大的厚壁细胞,其中含有丰富的固氮酶,是蓝藻进行固氮作用的场所。它们的化石记录非常稀少且争议很大。此次的化石是在安徽寿县八公山地区发现的。早在上世纪90年代,专家们就开始关注这一片化石。果然,在2013年,南古所的专家们如愿以偿地发现了这批化石。

据悉,这一发现将具有固氮能力的蓝藻在地球上出现的时间往前推了4亿年,对理解早期生命演化过程及其地球环境背景具有重要意义。此外,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。

相关报道:8亿年前蓝藻既能输氧还能固氮

(中国化石网报道)据科技日报南京2月2日电(张晔):每到夏季,太湖等湖泊就会发生“水华”,黄海海域也会暴发“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。蓝藻还有不少具备固氮能力的种类。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。

中科院南京地质古生物所早期生命研究团队庞科博士等发现的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。丝藻由多个细胞组成,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(10亿—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。
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