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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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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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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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作为生物矿物一种十分重要的类型,生物成因硫化物矿物形成于多种海水和淡水环境中.它们是自然界硫和金属元素循环中的关键一环,并有可能在地球早期生命起源中扮演了重要的角色.现代环境中形成的生物成因硫化物矿物与多种生命过程有着十分密切的联系,微生物和大型生物均可直接或间接地影响生物成因硫化物矿物的形成.重点从生物成因硫化物矿物类型、参与生物矿化的有机体、生物成因硫化物矿物形成机制以及硫化物矿物与生命起源的关系等几个方面综述了生物成因硫化物矿物研究的最新进展. 相似文献
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非晶碳酸钙(amorphous calcium carbonate,ACC)是碳酸钙矿物体系中极不稳定的矿物相。但由海鞘类动物的研究表明,ACC可作为碳酸钙晶体矿物的前驱体在生物体内稳定存在,并且这些生物成因的ACC常常是由膜包裹着的。文中选用生物膜的主要成分卵磷脂(PC)为主要矿化调节剂,通过调控与碳酸钙矿化过程密切相关的无机离子Mg2+的浓度,模拟生物膜表面碳酸钙矿化作用过程。在空气/水界面处的膜脂调控下合成出可在溶液中稳定存在数天的非晶碳酸钙。该结果有力地证明了在生物矿化过程中,除了受生物体中可溶性有机大分子调控外,生物膜可能对ACC的形成和稳定也有显著的调控作用。 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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生物成因矿物的形成过程通常是通过先沉积非晶前驱体,进而转变形成某一种结晶相的途径来实现的。对生物成因
碳酸钙而言,普遍认为其非晶的前驱体相是在生物有机大分子和无机离子共同作用下形成的。在阴离子柠檬酸根存在的情
况下,仿生合成了非晶碳酸钙（Amorphous calcium carbonate,ACC）,运用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X-射线衍射（XRD）、
傅里叶红外光谱（FTIR）和热重-差热分析（TG-DTA）等实验手段进行了分析并观测了非晶碳酸钙后续转变。结果显示,
多羧基的阴离子能够诱导形成非晶碳酸钙,并且这些非晶碳酸钙具有与生物成因非晶碳酸钙类似的组成。这可能指示与生
物矿化相关的生物大分子,特别是一些富含极性羧基大分子能够诱导碳酸钙矿物非晶态前驱体相的形成,同时也能暂时稳
定这些非晶前驱体相。 相似文献
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自生泥晶,也称作原地微晶碳酸钙或原地灰泥以区分他生泥晶或异地泥晶,指的是通过无机和/或有机媒介过程作用在原地形成的泥晶碳酸钙。在前人的基础上,对自生泥晶概念的提出和发展进行了概括;对自生泥晶的矿物组成、显微结构、荧光和阴极发光特征进行了总结;对自生泥晶的形成过程和来源（包括生物矿化作用、有机矿化作用和无机沉淀三种方式）进行了探讨;对自生泥晶在不同沉积环境碳酸盐岩中的贡献及其地球化学指示进行了论述;对自生泥晶在地质历史时期的分布做了归纳;最后对自生泥晶的后续研究提出了一些展望。认为正确认识自生泥晶的性质,其形成过程和来源对碳酸盐岩的结构成因分类、地质历史时期生物礁丘的演化和地球化学指示、建筑工程和环境修复、探寻地外生命和油气地质等方面都将产生深远的影响。 相似文献
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地球表层的人地系统及其调控 总被引：2，自引：0，他引：2
论述了地球表层的人地关系研究发展情况及开展人地系统研究的必要性,阐明了新的人地系统观应具有的特点及不同研究模式,强调了首先研究人地系统调控的机理问题。 相似文献
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The siliceous skeletal remains of diatoms are a primary component of sediments, covering vast areas of the sea floor. We used high performance liquid chromatography–electrospray ionization–tandem mass spectrometry (HPLC–ESI–MSn) under high resolution time-of-flight MS (TOF-MS) conditions, as well as nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to investigate the distribution and molecular diversity of long chain polyamines (LCPAs) entrapped in sedimentary diatom biosilica in sediments from the Indian sector of the Southern Ocean, the Bering Sea and the Northeast Pacific. This revealed the existence of complex polyamine populations with both known and unknown structural features, including the presence of ketone and carboxylic acid groups in the LCPA backbone, functional groups that likely modulate the silica precipitating properties of LCPAs in the environment and which may constitute points of initial silica deposition (Wallace, A.F., De Yoreso, J.J., Dove, P.M., 2009. Kinetics of silica nucleation on carboxy- and amine-terminated surfaces: insights for biomineralization. Journal of the American Chemical Society 131, 5244–5250). Although various LCPA species overlapped between samples (putrescine-based LCPAs with various degrees of methylation and N-methyl propylamine repeat units were ubiquitous in all samples), clear regional differences were shown in composition and structural characteristics, likely reflecting the various diatom species contributing to the total LCPA pool for each sedimentary environment. We further show, using scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray analysis (SEM–EDX) that LCPAs purified from diatom skeletal remains rapidly re-direct the formation of silica nanospheres in vitro, and become embedded in the precipitated silicified matrix, forming an LCPA–silica composite material. The results show that aliphatic polyamines produced by diatoms for morphogenesis of their cell walls are widespread in sediments where the fossil frustules are preserved. These newly assigned components constitute useful biological markers of diatom input to sediments. 相似文献
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研究地幔熔体中元素的扩散性质有着重要的意义,因其影响着元素的交换和分馏过程。SiO2 作为地幔组成的重要组
分之一,其物理化学行为对于地幔动力学过程有着重要的意义。本文研究了SiO2 熔体中元素的扩散机制和自扩散系数与
压力的关系,采用Morse stretch 势场对含有4500 个原子的熔融SiO2 体系进行了分子动力学模拟,计算了硅氧自扩散系数在
3000 K 温度下随压力的变化。模拟结果显示,在0.0001~40 GPa的压力区间,硅氧元素的自扩散系数均先上升后下降,在
17.5 GPa 时达到最大值,O 原子的扩散速率略高于Si 原子。硅氧元素的扩散方式为缺陷控制运移机制,其中硅原子的五配位
结构的形成是关键,为导致扩散系数随压力增大而上升的主要原因,扩散系数的最大值意味着SiO2 熔体中5 配位硅形成机
制的改变。本文也计算了单位［SiO2］的平均体积和压力的关系,结果与实验很吻合。 相似文献
分之一,其物理化学行为对于地幔动力学过程有着重要的意义。本文研究了SiO2 熔体中元素的扩散机制和自扩散系数与
压力的关系,采用Morse stretch 势场对含有4500 个原子的熔融SiO2 体系进行了分子动力学模拟,计算了硅氧自扩散系数在
3000 K 温度下随压力的变化。模拟结果显示,在0.0001~40 GPa的压力区间,硅氧元素的自扩散系数均先上升后下降,在
17.5 GPa 时达到最大值,O 原子的扩散速率略高于Si 原子。硅氧元素的扩散方式为缺陷控制运移机制,其中硅原子的五配位
结构的形成是关键,为导致扩散系数随压力增大而上升的主要原因,扩散系数的最大值意味着SiO2 熔体中5 配位硅形成机
制的改变。本文也计算了单位［SiO2］的平均体积和压力的关系,结果与实验很吻合。 相似文献
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松辽盆地榆树林油田葡萄花油层主控因素分析 总被引：1，自引：0，他引：1
对榆树林油田的地质、钻井和地球化学资料分析表明,榆树林油田青1 段烃源岩有机质丰度高、生烃潜力大。油源
对比表明,葡萄花油层中的油来源于青1 段烃源岩。储层以浅水三角洲沉积环境下的分流河道砂为主,属于中孔- 中渗储层。
研究区油藏类型以岩性油藏为主,油水分布平面上呈现由西南部向东北部油层逐渐减少、水层逐渐增多的趋势,剖面上呈
现西南部广泛发育油层、中部上油下水、东北部水层居多的特征。研究发现,由西南部向东北部随着烃源岩演化程度的降低,
油层发育逐渐减少,有效储集体的分布与油层的发育在平面上对应关系明显,生、排烃时期断层活动性强的区域更有利于
葡萄花油层成藏。烃源岩成熟度、有效储集体、断层活动性控制了榆树林油田葡萄花油层的成藏。 相似文献
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20世纪古生物学的重大进展及21世纪战略重点 总被引：4，自引：0，他引：4
20世纪人类积累了大量的生物学、分类学和生物地层数据，这些数据的积累使用进化论和门德尔遗传学结合起来，如遗传学和物种起源、分类学和物种起源、演化的速率和模式、分支系统学等的运用使得古生物学在研究方法上有了新的进展。并提出了21世纪古生物学的战略重点。 相似文献
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V. G. Kuznetsov 《Doklady Earth Sciences》2011,441(2):1633-1636
Two branches of silica rockevolution related to oceans and continental blocks have been outlined. The boundaries of changes
in types of silica rocks, their formation, and development of the organic world were established: (i) the beginning of the
Phanerozoic was related to transformation from microbial to biogenic silica deposition (or to a change in the influence of
microbial activity on silica accumulation); (ii) cessation of the formation of cherts enriched in organic matter, which was
synchronized with land colonization by organisms in the Devonian, and (iii) an explosive style of global silica accumulation
related to the appearance and development of diatoms, which correlates with appearance of angiosperm plants in tropical forests. 相似文献
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Surface chemistry and reactivity of biogenic silica 总被引：2，自引：0，他引：2
The surface chemistry of cultured diatoms was compared to that of biosiliceous material in Southern Ocean sediments, using potentiometric titrations and aluminum adsorption experiments. Aerosil 200, a well-studied synthetic amorphous silica, served as reference solid. Surface charge development and aluminum adsorption on cultured diatom shells were comparable to Aerosil. The surface chemical properties of biosiliceous material buried to depths of 15-25 cm in Southern Ocean sediments, however, deviated markedly from those of the cultured diatoms. In pH range 4-8.5, the surface charge density was systematically lower for biogenic silica from the sediments. In addition, the aluminum adsorption edge on the biosiliceous sediments was shifted to higher pHs by about 0.4 units. The results indicate that ionizable surface silanol groups on diagenetically altered diatom shells are less abundant and, possibly, less acidic than on freshly cultured diatoms. The observed differences in surface chemical structure are consistent with the progressive loss of reactivity, or aging, of biogenic silica which promotes its preservation in sediments. 相似文献
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海洋沉积物中色素生物标志物研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
海洋沉积物中的光合色素包含着水体、沉积物中浮游和底栖植物以及微生物群落的丰富信息,能表征特定生物来源,在埋藏到沉积物甚至发生某些改变之后仍然保留其源信息,是一类重要的化学生物标志物.结合总有机碳、总氮等其他海洋地球化学参数,沉积色素可用来研究海洋浮游植物和光合细菌的群落组成和丰度,反演海洋初级生产、水体富营养化水平及其历史趋势,指示水体和沉积物氧化还原条件,揭示海域气候条件等现状及其历史变化.沉积色素的研究,对于掌握海洋中碳的生物地球化学循环过程,回溯古环境、古海洋、古生态以及古气候记录,制定合理的海洋管理政策具有十分重要的意义.阐述了沉积物中色素的分类、来源、性质和分析方法,分析了色素在沉积物中的保存和变化规律,探讨总结了沉积色素作为化学生物标志物在海洋学研究中的应用. 相似文献
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全氟类有机污染物的污染状况及其生态毒理研究进展 总被引：4，自引：0，他引：4
全氟类有机化合物(Perfluorinated compounds,PFCs)广泛应用于工业和民用产品,该类化合物具有高能量的C-F共价键,难以被水解、光解、微生物降解及动物体代谢,具有持久性、生物累积性、毒性以及长距离迁移等特性,是一类新型持久性有机污染物.目前,从世界各地采集的环境样品、野生动物血清、组织样品以及人类体内都检测到了多种PFCs.该类污染物对生态环境和人体健康带来的影响受到全社会的普遍关注,已成为环境科学和生态毒理学研究的热点课题之一.本文综述了全氟类化合物在各类环境介质中的分布、在生物体内的累积、在生物体内的转化与代谢过程及其毒理学效应,并对PFCs的毒性作用机制进行初步分析,对目前存在的问题及今后的研究方向进行了讨论和展望,以期为该类化合物的环境污染及风险评估提供相应参考. 相似文献