[科普中國]-8億年前藍(lán)藻既能輸氧還能固氮

每到夏季，太湖等湖泊就會發(fā)生“水華”，黃海海域也會暴發(fā)“赤潮”，藍(lán)藻成為養(yǎng)殖和旅游業(yè)避之不及的“環(huán)境殺手”。但近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所在安徽壽縣發(fā)現(xiàn)8億年前的“大型安徽絲藻”，為地球早期生物固氮提供了最早化石證據(jù)。相關(guān)成果于2月2日在線發(fā)表在《細(xì)胞》出版集團(tuán)《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上。

藍(lán)藻是地球上最古老、生存時(shí)間最長的生物門類之一，通過光合作用釋放氧氣。藍(lán)藻還有不少具備固氮能力的種類。生物通常不能直接利用空氣中的氮?dú)?，而某些特殊類型的藍(lán)藻可以將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為生物可吸收利用的化合態(tài)氮。

在現(xiàn)生藍(lán)藻中，有一種能進(jìn)行固氮作用的結(jié)構(gòu)被稱為異形胞。因此具異形胞藍(lán)藻是早期生物固氮的直接證據(jù)，然而它們的化石記錄非常稀少且爭議很大。

中科院南京地質(zhì)古生物所早期生命研究團(tuán)隊(duì)龐科博士等發(fā)現(xiàn)的大型安徽絲藻為單列的絲體化石，并由一層薄的胞外膠鞘包裹。既能單獨(dú)保存為絲體化石，亦能與其他絲狀化石一起形成底棲的微生物席。絲藻由多個(gè)細(xì)胞組成，部分營養(yǎng)細(xì)胞成對地出現(xiàn)，為橫向二分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞。對比現(xiàn)生藍(lán)藻的結(jié)構(gòu)，研究認(rèn)為大型安徽絲藻是一種具異形胞的藍(lán)藻化石，很可能起源于新元古代早期。大型安徽絲藻的發(fā)現(xiàn)，將最早可靠的具異形胞的藍(lán)藻化石記錄由泥盆紀(jì)（約4.1億年前）向前推進(jìn)到新元古代早期（10億—7.2億年前），提供了早期生物固氮的最早化石證據(jù)。

藍(lán)藻的異形胞是為了應(yīng)對氧氣濃度上升、保護(hù)其中對氧氣敏感的固氮酶而產(chǎn)生，因此大型安徽絲藻從生物學(xué)方面也證實(shí)了新元古代早期地球氧化還原環(huán)境的轉(zhuǎn)變。