趋磁细菌高飞临近空间 | Science Bulletin封面文章
Science Bulletin 2022年第13期以封面文章报道了“Survival of the magnetotactic bacterium Magnetospirillum gryphiswaldense exposed to Earth’s lower near space”(趋磁细菌Magnetospirillum gryphiswaldense在临近空间的暴露生存研究)一文，中国科学院地质与地球物理研究所博士后刘佳为第一作者，林巍研究员为通讯作者。该文介绍了临近空间极端环境对趋磁细菌M. gryphiswaldense生存和生物矿化的影响，为趋磁细菌的起源和早期演化以及生命适应类火星极端环境的机制等提供了新认识。
地球海平面之上20~100公里高度范围的临近空间具有高辐射、低温、干燥、低气压等条件，可以在一定程度上类比现代火星的表面环境和金星的大气环境，是地球上最极端的环境之一。因此，探究微生物在临近空间的生存和适应机制，有助于认识地球生命的生存极限，理解地外生命的可能生存策略。
中国科学院地质与地球物理研究所林巍研究员团队与中国科学院国家空间科学中心、中国农业大学、英国利物浦大学等国内外团队合作，利用自主研发的临近空间天体生物学综合飞行实验平台CAS-BAP（Chinese Academy of Sciences Balloon-Borne Astrobiology Platform），在海拔23公里区域开展了国际上首个趋磁细菌的临近空间飞行实验（图1），并对暴露后样品的存活率和生物矿化等进行了分析。发现合成磁小体（细胞内呈链状排列的、Fe3O4成分的纳米级磁性颗粒）的趋磁细菌在临近空间环境暴露后可以部分存活，而不合成磁小体的菌株经暴露后无存活细胞。进一步研究发现，临近空间暴露后存活的生物样品与实验室对照组相比，其磁小体的数量、尺寸和磁学性质等均发生不同程度的变化。
图1 自主研发的临近空间生物暴露载荷（BIOSEP）在海拔~23公里区域开展飞行实验的照片
长期以来，临近空间的强紫外辐射被认为是生物致死的重要因素之一，抗辐射的极端微生物或其孢子通常作为临近空间生物学研究的主要对象。趋磁细菌在临近空间极端环境下可以存活的能力表明，趋磁细菌可以作为天体生物学研究的一类重要对象，其细胞内的磁小体纳米铁磁性颗粒可能有助于微生物抵御高辐射等极端环境，细胞内的生物矿化是微生物适应类火星环境的一种生存策略。
该研究得到了中国科学院A类战略性先导科技专项——“鸿鹄专项”、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目等共同资助。
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Liu Jia, Zhang Wensi, He Kuang, Liu Li, Wang Chao, Jiang Yuanda, Ma Shijiao, Tian Jiesheng, Li Ying, Zhang Tongwei, Tian Lanxiang, He Fei, Greig A. Paterson, Wei Yong, Pan Yongxin, Lin Wei. Survival of the magnetotactic bacterium Magnetospirillum gryphiswaldense exposed to Earth’s lower near space. Science Bulletin, 2022, 67 (13): 1335-1339