趋磁细菌.ppt

神秘的海洋微生物神秘的海洋微生物 趋磁细菌趋磁细菌（Magnetotactic bacterium）在北京地区发现的野生型趋磁球菌，含有3条磁小体链 .美国航空航天局发布消息称，他们对火星陨石“艾伦希尔斯84001”做出的最新分析显示，这块陨石晶体结构中的微型磁铁矿晶体可能是由一种名为趋磁细菌的生物形成的。火星陨石“艾伦希尔斯”84001.科学家潜入地中海，在那里发现了一种神奇微生物趋磁细菌。这种细菌持续不变地向一个方向游动,怀疑是一种趋光性反应?但不管落在显微镜片上的光怎样分布,细菌总是游向同一 个边缘,甚至当显微镜被木盒盖住、转向或移放到其它房间时，细菌仍然游向同一方向。一，趋磁细菌的发现一，趋磁细菌的发现.如果把一条形磁铁放在附近，细菌就游向吸引罗盘针指向北端的那一极。二，这究竟是怎么一回事呢二，这究竟是怎么一回事呢？原来细菌的这种运动与地球的磁场有关，实际上这是一种趋磁性行为。在只有地磁场而没有其它磁场作用时，一些细菌就持续不断地向北游动。.把富集的细菌放在显微镜下观察发现细胞质体内存在纳米磁性颗粒，每个颗粒约50nm，成分是 Fe3O4，这些小颗粒称为磁小体。它们通常是立方体或八面体、平行于细胞的长轴排列成单链或双链（图2）。三，引起趋磁性的内因是什么？三，引起趋磁性的内因是什么？科学家在海底收集细菌放在培养瓶中进行研究。用一块磁铁把放在瓶壁外，细菌就富集在放磁铁处（图1）图1图2.各种各样的磁小体.电子显微镜下趋磁细菌及磁小体的形态电子显微镜下趋磁细菌及磁小体的形态每个菌体内有10 个以上的电子致密区域.电子显微镜下呈黑色颗粒状,其组态为簇状（a）。（b）是正在分裂中的细胞,该细菌分裂的同时将母细胞中的部分磁小体也一起分离出去,因而子细胞中合成的磁小体极性便继承了母体的极性.趋磁细菌的形态(a)为TEM 照片;(b)为正在分裂中的细胞;.四，趋磁细菌在地球上的泳动原理这种微生物只在水中某一个深度繁殖。高于这个位置，氧气过多会令它们无法承受；低于这个位置，氧气 又过于稀少。从这个水平游离的细菌必须游回来，因此它像同类微生物一样，靠鞭毛来前进。然而在重力对它几乎不起作用的情况下，有浮力的细胞 是怎样辨别上下的呢？.答案就是它内部有10个以上的磁力晶体组成的链。这些晶体共同组成了一个微型的罗盘。因为地球磁场在大部分地方都是倾斜的如下图，趋磁性细菌就根据磁场上下游动到达它的目的地。.五，趋磁细菌在磁场运动定位细菌的运动和转动是由其一端的鞭毛转动控制的为了解释细菌在磁场中的定位把细菌看做球体如图所示，解转动方程。：外磁场：转轴与磁场的夹角：自旋角度：细菌的磁矩：某时刻细菌的速度：平行于鞭毛运动的力：垂直于鞭毛运动的力（鞭毛转动产生的力矩）（环境粘滞引起的力矩）（磁场产生的力矩）在细菌运动中考虑以下三个力引起的力矩：.这样，趋磁性的最简单解释是，一个正在游动这样，趋磁性的最简单解释是，一个正在游动的细菌由于地磁场施加于磁性小体的转动力矩的细菌由于地磁场施加于磁性小体的转动力矩而被动地指向磁场。而被动地指向磁场。根据角动量定理得：将1，2，3 三个力矩代入上面的方程，我们将得到以下描述细菌运动的两个方程，沿 方向绕自身旋转的方程：描述细菌在磁场中排列的方程：.六、环境变化的重要潜在指标六、环境变化的重要潜在指标研究结果初步表明趋磁细菌的群落变化与环境密切相关，因此趋磁细菌多样性能够作为指示生态环境变化的重要潜在指标。由于趋磁细菌具有趋磁运动的特性，可以利用磁场操控它们的运动并精确定向。国外有研究报道称，趋磁细菌可以用来回收环境中的放射性核素污染。地磁场作用下趋磁细菌在载玻片北端的聚集.由于趋磁细菌在全球淡水和海洋环境中普遍存在，并且数量巨大，因此对全球铁元素循环起了重要作用。在海洋的特定区域，甚至有1%10%的铁元素循环都是由趋磁细菌完成的。北京昆明湖中淡水-变形菌纲趋磁球菌的光学显微镜(A)及透射电子显微镜(B-E)照片.七、细菌死后仍然可以作贡献七、细菌死后仍然可以作贡献趋磁细菌死亡后，其体内的磁小体能够保存在沉积物中，若形成化石则称为化石磁小体。沉积物不同分层中的化石磁小体可以反映古代气候和环境的变化。研究发现，太平洋深海沉积物中化石磁小体的形状变化与更新世气候的波动相呼应。瑞典湖泊沉积物全新世分层中化石磁小体的数量与有机碳的含量有密切关系。美国科学家系统地研究美国新泽西州大西洋海岸平原后发现，化石磁小体对该地区古新世-始新世高岭土层的磁学性质有重要贡献，此外，他们还推测化石磁小体含量的变化可能与古新世-始新世极热事件有关。因此，化石磁小体可以作为古环境重建的潜在指标。而且，对化石磁小体的研究还有助于了解生命的起源及进化。.THE END谢谢.