趋磁细菌

在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体的细菌

趋磁细菌（Magnetotactic bacterium）是一类在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体（Magnetosome）的细菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋中。

发现

趋磁细菌是在1975年由布雷克莫尔（Richard P. Blakemore）发现的，他在一种称为折叠螺旋体（Spirochaeta plicatilis）的趋磁细菌中发现磁小体的存在并命名。Blakemore 发现这些细菌在显微镜下观察时总是移向载玻片的一边。如果他拿一个磁铁靠近载玻片，细菌就会向磁铁的N极移动。

这些细菌之所以有这种举动主要是因为它们产生微小的、含铁的、具有磁性的小颗粒。每颗颗粒都具有北极和南极。这些细菌将这些小磁铁排成一直线形成一长的磁铁。他们用这种磁铁作为指南针来使他们沿着地磁方向移动。

为什么这些细菌需要用罗盘？

像其他很多类型的细菌，趋磁细菌并不十分喜欢氧气。他们需要从富氧区移至微氧或无氧区。在水性环境中，含氧量随着水深度的增加而降低，所以，趋磁细菌喜欢生活在它们所在的水性环境底部。它们用它们的磁性罗盘判断哪个方向为下。

那么它们如何做到这一点呢？

这和地磁场的方向有关。在北半球，地磁场北极确实是以一定角度向下的，所以以上述方式排列的细菌体内的罗盘也是向下的，通过沿着地磁场的北极，他们向深水处移动，并进入贫氧区。有意思的是，在南半球，地磁场北极实际上是以一定角度向上的。所以，在南半球的趋磁细菌是“南趋型”。

2023年6月，日本研究人员日前在国际学术期刊《微生物前沿》上报告说，他们在深海热液喷口处形成的“烟囱”状堆积物中新发现一种趋磁细菌，这或可为研究地球早期生命演化提供线索。日本东京大学研究人员参与的团队用遥控潜水器收集了南马里亚纳海槽的深海“烟囱”样本，发现其中存在趋磁细菌。宏基因组数据分析显示，这些趋磁细菌属于某硝化细菌门，该门此前还未发现过趋磁细菌。

趋磁细菌概述

所知的趋磁细菌主要为水生螺菌属（Aquaspirillum）和嗜胆球菌属（Bilophococcus）。这些细胞中含有大小均匀、数目不等的磁小体，其主要成分为Fe3O4和Fe3S4。磁小体来自活体细胞，不会产生任何毒性且因其颗粒小而均匀（20~100nm），具有较大的表面积体积比，且磁小体外有一层磷脂、蛋白质或糖蛋白生物膜包被，为单磁畴晶体，颗粒间不聚集，也没有细胞毒性，每个细胞内有2~10颗。形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等。其功能是导向作用，即借助鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活，因而将在许多领域有潜在的不可估量的应用价值。

应用情况

日本学者Mrtsunaga早在1991年就预计趋磁细菌的磁小体在未来的10年中将是高新技术应用中的一种新的生物资源。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为 80安/米，而当颗粒尺寸减小到 2×10-2微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于 6×10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。同样在医疗领域，也普遍认为趋磁菌有一定的实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等。

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