揭示細菌成因納米磁鐵礦顆粒能記錄地磁場信號

　　沉積剩磁是獲取古地磁場信息的主要來源，連續沉積序列的沉積剩磁記錄可反映地磁場隨時間變化，如極性倒轉過程、地磁漂移事件和相對古強度變化等信息，也是建立高分辨率地磁極性柱(可用于沉積盆地定年和地層對比等)的基礎。沉積物中磁性礦物本身及其變化也攜帶了較為豐富的古環境和古氣候信息。因此，湖泊、海洋和風成沉積磁學研究一直是古地磁學、巖石磁學和環境磁學的重要內容。沉積物中磁性礦物來源及組成則是揭示剩磁獲得機理和剩磁性質的前提。研究發現，在各種水下沉積物或沉積巖中除含有較多的碎屑來源的磁性礦物，如磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦或膠黃鐵礦之外，由趨磁細菌產生的大量的、單疇磁鐵礦或膠黃鐵礦顆粒(化石磁小體)，可被穩定保存并成為原生沉積剩磁的載體。解析沉積物中細菌成因磁性礦物攜帶的地磁和古環境信息，為古地磁學和環境磁學研究提供了新思路。

　　中科院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室古地磁與年代學實驗室、中-法生物礦化與納米結構聯合實驗室Greig Paterson副研究員等人，通過改變外磁場條件和趨磁細菌濃度等一系列沉降實驗，測定了磁小體(鏈)記錄剩磁的方向和強度值，詳細評估了磁小體(鏈)記錄磁場變化的可靠性(圖1)。他們的實驗發現：(1)外加磁場強度0-120μT(現今地磁場約為50μT)范圍內，趨磁細菌AMB-1細胞樣品所獲得的天然剩磁的磁偏角與外磁場方向吻合，其大小也與外磁場強度呈現良好的線性關系;樣品相對古強度的估計值基本與期望強度值相符合(圖2);(2)樣品的非磁滯剩磁與飽和等溫剩磁隨細菌濃度變化與天然剩磁不同，較理論期望值略低，推測受到緊密堆積細胞及細胞內亞鏈靜磁相互作用的影響(圖3);(3)一階反轉曲線對這類樣品的靜磁相互作用的靈敏度較基于剩磁方法(非磁滯剩磁比)要低。這些認識為進一步挖掘古沉積物中化石磁小體攜帶地磁場信息提供了重要依據。

　　該項研究成果近期發表在國際地學期刊Earth and Planetary Science Letters(Paterson et al. The fidelity of paleomagnetic records carried by magnetosome chains. Earth and Planetary Science Letters, 2013, 383: 82–91. doi: 10.1016/j.epsl.2013.09.031)。

圖1 趨磁細菌及磁小體的透射電子顯微鏡照片

圖2 磁偏角(Dec)和天然剩磁(NRM)強度隨外磁場變化(紅色線條和黑色短線分別表示為實驗數據擬合線和期望值)

圖3 相對古強度估計(a)非磁滯剩磁歸一化結果;(b)飽和等溫剩磁歸一化結果;陰影區為95%置信區間