矿物-微生物相互作用在地质和环境过程中起着重要作用

在《国家科学评论》(National Science Review)上发表的一篇论文中，一组科学家批判性地总结了矿物与微生物相互作用的主要进展，包括相互作用的分子机制和这种相互作用随时间的宏观表现。确定了主要挑战和未来的研究机会。

　　

   

   

图:一个厌氧的、能动的革兰氏阳性细菌附着在辉钼矿(MoS2)表面，从矿物结构中吸收微量元素，用于细胞合成。    

矿物是地球的基本组成部分。微生物占据了生命之树的大部分。在近地表环境中，矿物和微生物共存、相互作用。关于矿物-微生物相互作用的研究在过去的二十年中蓬勃发展，因为这种相互作用驱动了重大的地质事件，并在很大程度上决定了地球的宜居性。中国地质大学(北京)董海亮博士领导的研究小组对矿物-微生物相互作用及其协同演化进行了综述，并提出了未来的主要研究机遇和挑战。

矿物和微生物在所有空间和时间尺度上相互作用。虽然许多矿物质为微生物的生长和代谢提供保护和营养/能量，但其他矿物质可能会释放生物毒性物质并产生活性氧(ROS)，限制甚至杀死微生物。反过来，微生物通过新陈代谢积极地溶解、沉淀和转化矿物质，这可能会在地质记录中产生特殊的生物特征。

纵观地球历史，矿物和微生物都增加了它们的物种多样性和功能复杂性。在生命起源前的世界，矿物催化生物分子的合成，并在生命出现中发挥重要作用。随后，矿物进化通过其物理化学性质随时间的变化驱动微生物创新。反过来，微生物的进化通过其独特的新陈代谢推动矿物质的多样化。因此，矿物-微生物相互作用在地质时代的演化对大氧化事件的发生和大型矿床的形成等地质事件起着至关重要的作用。

矿物-微生物相互作用在生物技术方面有许多应用，包括贵金属的生物浸出和矿物肥的制造，重金属和有机污染物的修复，新材料和CO的生物合成₂封存。尽管最近取得了进展，但作者确定了未来研究的主要研究问题。

首先，目前对矿物在支持微生物生态方面的作用还只是定性认识。传统的文化媒体不把矿物质作为重要的营养和能量，这可能是获得纯文化成功率低的原因之一。矿质培养基应能回收更多的微生物资源。

其次，生物矿物与非生物矿物的区分具有挑战性。矿物的同生组合结合了形态、结构/结构和地球化学证据，对寻找地质记录和其他行星上的生物足迹更有意义。

第三，必须将实验室机理调查与实地观察联系起来。通过一种迭代的方法，矿物-微生物的相互作用可以通过时间来推断。

第四，控制矿物与微生物的相互作用可以造福人类，如CO₂封存和减缓全球变暖效应、资源回收、环境保护、新型材料制造。