[科普中國(guó)]-中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)距今最早的“氮肥工廠”

新華社南京２月２日電（記者王玨玢）記者２日從中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉，該所早期生命研究團(tuán)隊(duì)在安徽壽縣新近發(fā)現(xiàn)一類生活在８億年前且具有固氮能力的多細(xì)胞藍(lán)藻化石：大型安徽絲藻。這是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的固氮生物化石，科學(xué)家將之形象地稱為“天然氮肥廠”。這一發(fā)現(xiàn)，也將有據(jù)可查的生物固氮?dú)v史前推了約４億年。

藍(lán)藻又稱為藍(lán)細(xì)菌，是地球上最古老、生存時(shí)間最長(zhǎng)的低等原核生物之一，現(xiàn)在人類食用的“地皮菜”“螺旋藻”等，就屬于藍(lán)藻類群。藍(lán)藻中的一部分，具備固氮能力，這對(duì)大部分生物的生存演化起到至關(guān)重要作用。作為組成氨基酸和核酸的基本元素之一，氮元素是生物體的必須元素。但地球上絕大多數(shù)氮以氮?dú)庑问酱嬖?，可直接被利用的非常有限。這時(shí)，就需要有固氮能力的原核生物，將游離的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為能被多數(shù)生物吸收利用的化合態(tài)氮，如氨或銨根離子。

此次研究參與者、南古所助理研究員龐科介紹，有一類具有固氮能力的藍(lán)藻，普遍具有一種被稱為“異形胞”的結(jié)構(gòu)，這也是識(shí)別藍(lán)藻固氮功能的重要證據(jù)。化石形態(tài)學(xué)分析顯示，此次發(fā)現(xiàn)的大型安徽絲藻，就是一種具有異形胞的藍(lán)藻。異形胞內(nèi)含有豐富的固氮酶，是藍(lán)藻固氮的場(chǎng)所。特化的厚壁異形胞細(xì)胞，可以在原有細(xì)胞壁外形成包裹層，阻擋氧氣進(jìn)入，以保護(hù)固氮酶不失活，從而在富氧環(huán)境中固氮。

此次發(fā)現(xiàn)的大型安徽絲藻，是距今最早的生物固氮化石證據(jù)。此前，科研人員曾在更古老的地層發(fā)現(xiàn)過類似形態(tài)的藍(lán)藻化石，但并未發(fā)現(xiàn)異形胞結(jié)構(gòu)?？蒲腥藛T進(jìn)一步推測(cè)，在距今８億年前后，地球大氣環(huán)境中氧氣濃度很可能升高，固氮藍(lán)藻需演化出異形胞結(jié)構(gòu)，以保證對(duì)氧氣敏感的固氮酶正常工作。

相關(guān)研究成果已于２日發(fā)表在《細(xì)胞》出版集團(tuán)旗下雜志《當(dāng)代生物學(xué)》上。

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