氮對于所有的生命形式都是至關重要的：它是蛋白質、核酸和其他細胞結構的一部分。因此，能夠將大氣中的氣態(tài)氮轉化為生物可利用的形式--銨，對于早期地球上的生命發(fā)展是非常重要的。然而，至今我們還沒有弄清楚誰在早期地球上進行了這種所謂的固氮作用，以及在哪種酶的幫助下進行的。 現在，位于不來梅的馬克斯-普朗克海洋微生物研究所的研究人員表明，在類似于原生代海洋的貧瘠條件下，一個以前未被重視的細菌群體能夠非常有效地固氮。

由于很難直接研究原生代海洋，來自不來梅馬克斯·普朗克研究所的研究人員Miriam Philippi和Katharina Kitzinger及其同事用一個可比較的現代棲息地來代替它。瑞士的高山湖泊Cadagno與大多數其他湖泊不同，Cadagno湖是永久分層的，這意味著上層和下層的水不混合。紫硫細菌居住在上層含氧層和下層無氧和含硫層之間的過渡區(qū)，在那里，它們進行光合作用并氧化硫磺。

該研究的第一作者Philippi說："這組微生物化石的發(fā)現表明，至少在16億年前的原生代，它們已經生活在我們的星球上。因此，這個湖和這些細菌代表了一個在許多方面與原生代海洋相似的系統(tǒng)。因此，它是如此適合于學習更多關于早期地球的演變過程。"

淡水Cadagno湖中的紫硫細菌 ，以及用nanoSIMS測量的其單細胞固氮活性(下圖，暖色表示高活性)。

利用生物地球化學和分子分析的結合，Philippi及其同事發(fā)現，Cadagno湖中的紫硫細菌非常有效地固定氮。固氮是將活性不高的氮氣轉化為許多生物體可以使用的氮化合物，例如，藻類。"據我們所知，這是自然界中紫硫細菌固氮的第一個直接證據，"共同作者Katharina Kitzinger解釋說。

"我們發(fā)現它們使用了現今最常見的酶，即鉬制氮酶來做這件事。盡管這種酶并不罕見，但我們非常驚訝地在卡達諾湖發(fā)現了它。"這是因為水中只有很少的鉬--就像在原生代的海洋中一樣，這使得研究人員相信在早期地球上非鉬制氮酶占主導地位。"現在我們知道，即使在低鉬濃度下，鉬制氮酶也能非常有效地工作。"

"第一個提示表明紫硫細菌可能部分地負責了原生代海洋的固氮作用，直到現在，人們普遍認為藍細菌在當時進行了大部分的固氮作用，紫硫細菌在這個過程中的作用可能被低估了"。

關鍵詞： 固氮行為 細菌 關注焦點 生命發(fā)展