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铁细菌胞外多聚物对铁矿物的调控形成及其环境意义 总被引：1，自引：0，他引：1
环境介质溶液中铁的水解作用和稳定化作用主要受铁细菌及其代谢有机物质的影响。铁细菌普遍存在于自然环境中,可利用低价铁源为自身生长所需能量。铁细菌胞外有机物的主要组分如多糖和蛋白质等可与铁结合,并通过氧化或沉淀作用使铁稳定、沉积而形成铁矿物;此外铁细菌胞外多聚物可催化铁的氧化或促进铁的聚集。这些生物成因铁矿物因具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性,及有效固定环境中的重金属、放射性核素和催化降解有机污染物的良好环境属性,在环境生物矿物材料和环境治理研究领域被日益重视。故本文基于铁细菌及其胞外多聚物对铁矿物矿化形成的重要调控作用,介绍了环境中存在的铁细菌及其生物矿化特征,重点阐述了铁细菌胞外多聚物(组分、结构及特性)及其在铁矿物矿化过程中的作用,同时对铁细菌胞外多聚物及生物成因铁矿物的环境意义进行了概述。 相似文献
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从生物矿化作用衍生出的有机矿化作用：地球生物学框架下重要的研究主题 总被引：6，自引：0，他引：6
早期"生物矿化作用"的概念,被定义为生物形成矿物的作用,并进一步分为生物控制和生物诱导两大类型。这个宽泛的概念,被修订为生物以生命活型(living form)影响矿物物质的沉淀作用;相应地,"生物矿物"是在严格的生物控制下、从局部环境中选择性地吸收元素并融合成具有生物功能构造的矿物。"有机矿化作用",则被定义为"与那些无生命活力的有机物质相关联的矿物形成作用"。与生物矿化作用相对应,有机矿化作用的产物被定义为"有机矿物",用来指那些通过有机聚合物、生物的和(或)非生物的有机化合物所导致的矿物沉淀作用,但是,有机矿物并非活着的细胞所直接形成。有机矿物与生物矿物的重要区别是,有机矿物没有被融合成受到生物严格控制的功能性构造。生物学家和化学家将生物矿化作用作为关注"生命体系中复杂的化学过程"的研究主题,超越了地质学范畴并使生物矿化作用的研究成为多学科关注的迷人领域,也大大促进了有机矿化作用的研究;考虑到有机矿物是沉积岩的重要组成,而且与生物的出现同步,还是潜在性的地外生命的遗迹,因此,从生物矿化作用衍生出的有机矿化作用的研究,自然就成为与生物矿化作用存在紧密关联的、地球生物学框架下又一个重要的研究主题 相似文献
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生命活动中矿化作用的环境响应机制研究 总被引：2，自引：1，他引：1
生物矿化作用及其环境响应机制的研究,关键在于研究生命活动制约矿物形成、分解的机理及其环境响应机制,其内容主要包括生物矿化作用的机理、生物矿化作用的环境效应、生物矿化作用的调控理论和方法。可实现的研究目标是从多学科角度发展生物矿化作用的理论,阐明自然界中矿物－生物－重金属/POPs －水之间的相互作用机理与环境响应机制。有望揭示微生物控制重金属矿化的微观机制,提出微生物治理重金属污染原理;揭示半导体矿物－微生物协同作用降解POPs 机制,发展三元体系研究方法;揭示微生物促进多金属矿山硫化物分解机制,提出微生物分解矿物对生态环境影响的调控方法等。以促进地质生物学前沿交叉学科发展,形成未来环境污染防治重大新技术的科学基础。 相似文献
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碳酸盐生物沉积作用的研究现状与展望 总被引：6，自引：2，他引：4
碳酸盐矿物是地球上最丰富的矿物之一,碳酸盐沉积在许多地质过程中起着非常重要的作用.生物沉积碳酸盐的现象在自然界普遍存在,其中又以生物沉积碳酸钙(CaCO3)为主.生物从周围环境中选择性地吸取元素,在严格的生物控制下,组装成功能化的碳酸盐结构;生物也可以通过改变周围的环境诱导碳酸盐的沉积或自身参与碳酸盐的沉积.不同生物对碳酸盐沉积的作用扣机理不同,综述了海洋动植物、藻类生物、菌类生物对碳酸盐的沉积作用及其机理以及实验室模拟调控CaCO3生物矿化方面的一些研究成果和研究现状,提出未来亟待解决的一些重要问题,并指出生物沉积碳酸盐研究所具有的巨大应用前景. 相似文献
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概述了生物矿物学的内容和意义;划分了早期启蒙、造骨矿物、生物矿化作用和生物矿物四个发展阶段,介绍了各个阶段的著名代表性文献、生物矿化理论、国际会议、研究方法和研究中心;指出生物矿物学发展趋势由碳酸盐和磷酸盐到氧化物和硫化物,由生物矿物外部特征到内部特征,由高级生矿体到低级生矿体,由动物到植物和微生物,由鉴定结构和矿物到探讨矿化机理和过程。最后提出在分析、成因、结晶、化石、造岩(矿)、生理、医药、环境和材料等方面的生物矿物学发展方向。 相似文献
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大气粉尘中的矿物及其环境健康效应研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
大气粉尘中的矿物主要来源于土壤尘、建筑工地和局地扬尘,颗粒较小,一般呈不规则形状,表面凹凸不平。矿物粉尘具有很强的生物活性,对人体健康、生物效应有其特有的生理作用。矿物粉尘表面活性基团影响粉尘的生物效应。矿物粉尘本身或刺激吞噬细胞而产生的自由基对细胞的损伤和粉尘性疾病的形成起着至关重要的作用。大气粉尘成分、表面特性以及矿物粉尘对人体正常宿主菌群的抑制性和毒性效应研究是矿物粉尘环境健康效应研究的重要方向。 相似文献
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显生宙非骨屑碳酸盐矿物经历了文石海和方解石海的交替,主要造礁生物和沉积物生产者的骨骼矿物与非骨屑碳酸盐矿物具有同步变化的趋势。这种长期的变化趋势可以用海水化学Mg/Ca摩尔比的变化来解释。流体包裹体、同位素和微量元素等证据也证实了海水化学在地质历史中经历过剧烈的变化。虽然生物诱导矿化和生物控制矿化的相对重要性一直存在争议,但古生物地层记录和人工海水养殖实验结果都表明,海水化学演化对生物矿化有重要的影响,体现在造礁生物群落的兴衰、生物起源时对骨骼矿物类型的选择以及微生物碳酸盐岩在地质历史中的分布等。这些为研究前寒武纪海水化学演化、古气候和古环境的重建、同位素地层对比以及碳酸盐的沉积和成岩等问题提供了新的思路。 相似文献
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珍珠层中的有机质极其重要,它不仅是生物矿物与纯无机矿物的根本区别,而且具有重要的生物矿化响应效应.但珍珠层中有机质含量极低,约为珍珠层体积的5％,致使研究手段受到了很大限制.选择广西、广东、浙江、江苏等地的海水养殖珍珠、淡水养殖珍珠、育珠贝贝壳中的珍珠层以及现代珊瑚、珊瑚化石作为研究对象,通过日立835-50型高速氨基酸分析仪获得了各样品氨基酸的种类和含量,继而进行相关性分析和聚类分析,得到一些具有特点的氨基酸组合或类,结合对珍珠层进行的TEM、SEM等电镜观察结果,发现这些组合和类很可能分别对应于珍珠层中不同空间位置、不同结构、不同种类和不同形态大小的有机大分子.由此认为有机质的矿化响应十分复杂、多样,并可以通过诱导和控制作用形成多样化、相互演化、复杂的无机矿物及珍珠层独特的微结构.这一结论对于阐释珍珠层有机质复杂多样的矿化响应具有重要意义. 相似文献
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董发勤 陈禹衡 代群威 郑飞 刘明学 蒋忠诚 张强 李博文 Alper Bab Mike O''Driscoll Andelka Plenkovic-Moraj 《中国岩溶》2021,40(1):34-43
本文总结了钙华体次生有机体系中生物群落特征和界面结晶行为,根据生物在碳酸盐沉积中的角色,将钙华体中次生有机体系的界面结晶矿化类型分为生物控制矿化沉积和生物诱导矿化沉积。分述了碳酸钙沉积矿化相关的五种生物代谢活动,讨论了生物胞外聚合物（EPS）对碳酸钙矿物晶型和形貌的影响。针对目前钙华研究中存在的问题,今后应深入研究生物体主要构成元素、生物小分子和生物体内部组织在钙华形成或退化中的作用,进一步厘清钙华体与次生有机体系的多界面溶化方式,为钙华保护修复及钙华退化治理措施提供科学依据。 相似文献
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纳米地质学的兴起和发展,促使地质工作者从纳米尺度重新认识固体地球物质,将对地球科学的各个领域产生广泛而深刻的影响.作为纳米地质学的重要分支,纳米矿物学也将走出传统矿物学只把矿物看成理想晶体点阵的局限,从纳米尺度深入探究矿物包括生物矿物在内的矿物结构与性质,突破口之一是介晶.介晶是一种特殊的结晶纳米结构,近年来得到了物理学家和化学家尤其是材料化学家越来越多的关注.介晶是非经典结晶过程产物,以纳米颗粒为基本构筑单元,具备纳米颗粒的性质和宏观尺寸.现已发现,许多生物矿物如脊椎动物骨骼和牙齿、贝壳珍珠层、蛋壳、海胆骨针、有孔虫和珊瑚等都具有介晶结构.因此,从纳米尺度和介晶角度重新理解生物矿化,有助于揭示生物矿物中纳米多级结构的成因机制,拓展纳米矿物学的科学内涵.首先介绍生物矿化和生物矿物的基本概念,之后对介晶的概念和结构特征进行阐述,最后介绍生物矿物中的介晶结构及介晶形成的典型机制,涉及有机基质辅助、物理场驱动、矿物桥或有机桥连接、空间限域、取向附集和晶面选择性分子作用等多种物理化学过程,有望进一步推动纳米矿物学的发展. 相似文献
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环境与生命矿物学的科学内涵与研究方法 总被引：4，自引：2，他引：2
环境与生命矿物学是矿物学、环境科学与生命科学之间的交叉学科,是成因矿物学在生命领域的拓展和延伸,是地球系统科学的重要组成部分。生命起源的矿物表征和矿物作用;极端环境下的生物多样性及生物与矿物的关系;生物体的矿物组成、作用、宏微观形貌和自组装结构;生命矿物成核、生长和自组装过程的有机质调控及其响应环境变化的标型特征;生物矿化的过程、机理及其资源环境效应;矿物(含药用矿物)在生命活动中的作用、过程与机理及其开发利用,是环境与生命矿物学的主要研究内容。生命矿物有其自身的特点,选择用于环境及其变迁研究的生命矿物时,应遵循"贯通性"、"灵敏性"、"统计性"和"周期性"等四原则。根据生命矿物进行环境分析研究时,要注意甄别影响矿物学特征变化的环境要素;既要善于利用较便捷成熟的成因矿物学研究手段和方法(如热发光,简称TL),还要充分利用其他学科中的技术(如计算体层摄影术,简称CT),创造性地开发生命矿物学的环境标型。 相似文献
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微生物对生命元素如碳、氮、硫、氧和金属离子的代谢作用能显著的改变微生物周边的外部环境和其内部环境。在一系列的生物地球化学过程中,微生物参与了矿产的沉积(生物成矿)或参与了矿石和岩石的溶解(生物风化)。生物成矿作用有两个途径：一个叫生物诱导成矿,通过这个过程,微生物分泌出代谢产物导致了之后的矿物颗粒的沉积;另一个叫生物控制成矿,在这个过程中,微生物在控制矿物成核和生长上起到了显著作用。微生物成因的矿物总体来说颗粒都很小和／或有着独特的同位素特征。最普遍的生物成因矿物有碳酸盐、硫化物和铁的氧化物。细胞表面和其分泌的胞外聚合物的结构可以为离子的浓缩、聚合和矿化提供模板,并起到重要作用。地球材料的仿生合成帮助我们了解了在人工条件下的生物成矿机制。此外,在地质环境中生物成因的矿物还可以作为一种生物信号,用来重建地球和其他行星的起源和演化。 相似文献
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Iron biominerals can form in neutral pH microaerophilic environments where microbes both catalyze iron oxidation and create polymers that localize mineral precipitation. In order to classify the microbial polymers that influence FeOOH mineralogy, we studied the organic and mineral components of biominerals using scanning transmission X-ray microscopy (STXM), micro X-ray fluorescence (μXRF) microscopy, and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). We focused on iron microbial mat samples from a creek and abandoned mine; these samples are dominated by iron oxyhydroxide-coated structures with sheath, stalk, and filament morphologies. In addition, we characterized the mineralized products of an iron-oxidizing, stalk-forming bacterial culture isolated from the mine. In both natural and cultured samples, microbial polymers were found to be acidic polysaccharides with carboxyl functional groups, strongly spatially correlated with iron oxyhydroxide distribution patterns. Organic fibrils collect FeOOH and control its recrystallization, in some cases resulting in oriented crystals with high aspect ratios. The impact of polymers is particularly pronounced as the materials age. Synthesis experiments designed to mimic the biomineralization processes show that the polysaccharide carboxyl groups bind dissolved iron strongly but release it as mineralization proceeds. Our results suggest that carboxyl groups of acidic polysaccharides are produced by different microorganisms to create a wide range of iron oxyhydroxide biomineral structures. The intimate and potentially long-term association controls the crystal growth, phase, and reactivity of iron oxyhydroxide nanoparticles in natural systems. 相似文献
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Xiaotong Peng Jiangtao Li Jiwei Li Shun Chen Huiqiang Yao Zijun Wu 《Sedimentary Geology》2010,229(4):193-368
Microbial biomineralization in submarine hydrothermal environments provides an insight into the formation of vent microfossils and the interactions between microbes, elements and minerals throughout the geological record. Here, we investigate microbial biomineralization of a deep-sea vent community in the Edmond vent field and provide ultrastructural evidence for the formation of microfossils and biogenic iron-rich minerals related to Archaea and Bacteria. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) analysis shows that filamentous and spiral microbes are encrusted by a non-crystalline silica matrix and minor amounts of iron oxides. Examination by transmission electron microscopy (TEM) reveals acicular iron-rich particles and aggregates that occur either intracellularly or extracellularly. A culture-independent molecular phylogenetic analysis demonstrates a diverse range of Bacteria and Archaea, the majority of which are related to sulfur metabolism in the microbial mats. Both Archaea and Bacteria have undergone silicification, in a similar manner to microorganisms in some terrestrial hot springs and indicating that silicification may be driven by silica supersaturation and polymerization. Formation mechanisms of intracellular and extracellular iron oxides associated with microbes are discussed. These results enhance our understanding of microbial mineralization in extreme environments, which may be widespread in the Earth's modern and ancient hydrothermal vent fields. 相似文献
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Mollusc and brachiopod skeletal hard parts: Intricate archives of their marine environment 
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下载免费PDF全文 The biogenic carbonate hard parts of fossil bivalves, cephalopods and brachiopods are among the most widely exploited marine archives of Phanerozoic environmental and climate dynamics research. The advent of novel analytical tools has led many workers to explore non‐traditional geochemical and petrographic proxies, and work performed in neighbouring disciplines sheds light on the complex biomineralization strategies applied by these organisms. These considerations form a strong motivation to review the potential and problems related to the compilation and interpretation of proxy data from bivalve, cephalopod and brachiopod hard parts from the viewpoint of the sedimentologist and palaeoceanographer. Specific focus is on the complex biomineralization pathways of a given dissolved ion or food particle from its aquatic environment via the digestion and biomineralization apparatus in molluscs and brachiopods and its incorporation into a biomineral. Given that molluscs and brachiopods do not secrete their hard parts from seawater but rather from their mantle and periostracum, this paper evaluates differences and similarities of seawater versus that of body fluids. Cephalopods, bivalves and brachiopods exert a strong biological control on biomineralization that, to some degree, may buffer their shell geochemistry against secular changes in seawater chemistry. Disordered (amorphous) calcium carbonate precursor phases, later transformed to crystalline biominerals, may be significant in carbonate archive research due to expected geochemical offset relative to the direct precipitation of stable phases. A reasonable level of understanding of the related mechanisms is thus crucial for those who use these skeletal hard parts as archives of the palaeo‐environment. The impact of what is commonly referred to as ‘biological factors’ on the geochemistry of mollusc and brachiopod hard parts is explored for conventional isotope systems such as carbon, oxygen, strontium and traditionally used element to calcium ratios. In particular, the often used δ13Ccarb or the Mg/Ca and Sr/Ca elemental proxies are fraught with problems. An interesting new research field represents the analysis, calibration and application of non‐traditional proxies to mollusc and brachiopod hard parts. Examples include the carbonate clumped isotope (Δ47) approach and the analysis of the isotopes of Ca, Mg, N, Li, S or element to Ca ratios such as Li/Ca or B/Ca and rare earth elements. Based on considerations discussed here, a series of “do's and don'ts” in mollusc and brachiopod archive research are proposed and suggestions for future work are presented. In essence, the suggestions proposed here include experimental work (also field experiments) making use of recent archive organisms or, where possible, a reasonable recent analogue in the case of extinct groups. Moreover, the detailed understanding of the architecture of mollusc and brachiopod hard parts and their ultra‐structures must guide sampling strategies for geochemical analyses. Where feasible, a detailed understanding of the diagenetic pathways and the application of multi‐proxy and multi‐archive approaches should form the foundation of fossil carbonate archive research. The uncritical compilation of large data sets from various carbonate‐shelled organisms collected at different locations is not encouraged. 相似文献
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成因矿物学是现代矿物学的重要组成部分。它研究矿物与矿物组合的时空分布、矿物各内外属性间的关联、矿物形成与变化的条件和过程、矿物与其介质间的相互作用及相应的宏微观标志、和矿物成因分类及矿物成因信息的应用等方面的内容。矿物发生史、矿物标型学、矿物温压计、矿物共生分析和矿物成因分类共同构成本学科的理论体系。其中,矿物标型学是该体系的核心。以陈光远先生为代表的中国矿物学家,在20世纪下半叶,创新性地开展了成因矿物族的研究,建立了完善的成因矿物学理论体系,提出矿物标型六性和矿物学填图的四化法则,提出变质岩、花岗岩、铅锌铁金辰砂萤石等矿床的矿物成因标型和找矿标志,有力地指导了中国的地质研究和找矿实践。进入21世纪以来,矿物学填图参数和方法被进一步发掘和完善,矿物磁学和近红外谱学等便捷填图手段得到广泛应用;大纵深蚀变矿化和矿物标型分带规律得以揭示;矿物标型的地球动力学、构造动力学和矿物系统的演化意义得到深度阐释;成因矿物学作为环境与生命过程研究的指导思想,逐步形成了环境与生命矿物学新分支,将矿物个体发生及矿物标型的思想用于对鱼耳石和有孔虫等生物矿物环境响应的研究,将矿物生物交互作用思想用于土壤能量系统修复研究,将矿物环境耦合思想用于生物有机质对矿物自组装结构和过程的调控研究以及海洋矿物对海洋及大气环境的指示研究等,极大地丰富了矿物发生学和矿物标型学的理论。今后应注意有关成果的系统整合,加强矿物个体发生史的实验研究,保障原创性成果的产出;要注重国际交流,使我国成因矿物学的成果真正成为人类的共同精神财富。 相似文献
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《China Geology》2019,2(2):227-237
Research on the biomineralization in modern seafloor hydrothermal systems is conducive to unveiling the mysteries of the early Earth’s history, life evolution, subsurface biosphere and microbes in outer space. The hydrothermal biomineralization has become a focus of geo-biological research in the last decade, since the introduction of the microelectronic technology and molecular biology technology. Microorganisms play a critical role in the formations of oxide/hydroxides (e.g. Fe, Mn, S and Si oxide/hydroxides) and silicates on the seafloor hydrothermal systems globally. Furthermore, the biomineralization of modern chemolithoautotrophic microorganisms is regarded as a nexus between the geosphere and the biosphere, and as an essential complement of bioscience and geology. In this paper, we summarize the research progress of hydrothermal biomineralization, including the biogenic minerals, the microbial biodiversity, and also the interactions between minerals and microorganisms. In the foreseeable future, the research on hydrothermal biomineralization will inspire the development of geosciences and biosciences and thus enrich our knowledge of the Earth’s history, life evolution and even astrobiology.© 2019 China Geology Editorial Office. 相似文献