厉害！中国科学家发现生物固氮的最早化石证据

中国科学家发现生物固氮的最早化石证据

中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在安徽寿县约8亿年前的化石中，发现了具有多细胞和细胞分化的“大型安徽丝藻”，其成为早期生物固氮的最早化石证据。　杨颜慈　摄

中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在安徽寿县约8亿年前的化石中，发现了具有多细胞和细胞分化的“大型安徽丝藻”，其成为早期生物固氮的最早化石证据。2月2日，相关成果在线发表在《细胞》出版集团《当代生物学》(Current Biology)杂志上。

参与本次研究的中国科学院南京地质古生物研究所庞科博士向媒体通报了本次发现的内容。

作为地球上最古老的生物门类之一，蓝藻与人们的生产、生活和健康等息息相关，比如在稻田中培育的固氮蓝藻，可以使水稻增产;受氮、磷等元素污染后，蓝藻引起太湖“水华”和海水“赤潮”，则会给养殖业和渔业带来危害等。

庞科称，蓝藻可以通过光合作用释放氧气。此外，某些特殊类型的蓝藻可以将空气中的氮气转化为生物可吸收利用的化合态氮，为其他生物提供了氮的来源，在自然界的氮循环中具有非常重要的作用。这部分蓝藻也被形象地成为“氮肥化工厂”。

中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在安徽寿县约8亿年前的化石中，发现了具有多细胞和细胞分化的“大型安徽丝藻”，其成为早期生物固氮的最早化石证据。　杨颜慈 摄

因此，具有固氮能力的蓝藻在地球上何时出现，对理解早期生命演化过程及其地球环境背景具有重要意义。

庞科介绍，在蓝藻中，有一个能进行固氮作用的进化枝，分化出包括异形胞和厚壁孢子在内的复杂多细胞结构。在异形胞内含有丰富的固氮酶，是蓝藻进行固氮作用的场所。因此，具异形胞蓝藻是早期生物固氮的直接证据，然而它们的化石记录非常稀少且争议很大。

“在本次研究之前，唯一可信的异形胞和厚壁孢子化石，来自于约4.1亿年前的泥盆系莱尼燧石。这一化石记录远晚于蓝藻实际的起源时间，阻碍了我们去理解复杂多细胞化和细胞分化在蓝藻中的演化过程。”

庞科告诉记者，本次发现的大型安徽丝藻为单列的丝体化石，由一层薄的胞外胶鞘包裹，研究认为其是一种具异形胞的蓝藻化石。这一发现，将最早可靠的具异形胞的蓝藻化石记录由泥盆纪(约4.1亿年前)向前推进到新元古代早期(10-7.2亿年前)，提供了早期生物固氮的最早化石证据。

研究认为，蓝藻的异形胞是为了应对氧气浓度上升、保护其中对氧气敏感的固氮酶而产生，因此大型安徽丝藻从生物学方面也证实了新元古代早期地球氧化还原环境的转变。 (杨颜慈)