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细菌也能指南北？！

来源：科普中国

自然界中有些生物，像是天生就备有导航系统。比如，信鸽能够长距离传递书信而不出差错，蜜蜂纵使流连于花丛之间也能够找到回蜂巢的航线，鲨鱼能够笔直不拐弯地在海洋中遨游很长时间和距离而不迷失。究其奥秘，地磁场的存在是现实基础，而各自的“导航神通”则是关键。

那微生物之中有“识途者”吗？答案是肯定的，趋磁细菌便是。第二次世界大战结束后，各国科技生产力得以快速发展，人们研究的领域和内容极大程度地得以拓展和深入。

20世纪50年代末，意大利人Bellini首先观察到一些细菌可以感应地磁场。然而，同诸多“首次发现”相类似，该发现在当时并未引起关注。十多年后，美国人布雷克摩尔（Richard P. Blakemore，细菌学家）在海洋淤泥和沼泽沉积物中意外获得了若干可以沿磁场运动的细菌。


(资料图片)

他将其置于显微镜下观察时，发现这些微生物总是朝载玻片的一头运动。随后，他灵机一动将磁铁放在载玻片边上，结果令人惊奇的一幕出现了——这些小东西竟朝着磁铁N极运动！至此，趋磁细菌正式登台亮相，而布雷克摩尔也被认作是趋磁细菌的发现者。

趋磁细菌实际上不是某一种细菌的称谓，而是一个统称，诸如杆菌、球菌、螺旋体和弧菌等中均有趋磁细菌的存在。其共性不断为科学家们所发现，如它们通常是革兰氏阴性细菌，菌体上长有鞭毛，具运动能力，可以从周边环境获取铁元素，并在体内形成磁小体（含铁、个体微小的磁性颗粒，为蛋白质或磷脂等所包裹，无细胞毒性）等。其分布也呈多样化，但主要存在于海洋、湖泊和河沟底泥，以及土壤之中。

串联式排列的磁小体

善于思维发散的读者可能会猜想，布雷克摩尔的实验应该是在美国进行的吧，趋磁细菌朝磁铁N极运动，也就是地磁南极（地球北极），那么如果这个实验是在南半球某地进行，微生物该如何运动呢？要是在赤道附近进行，趋磁细菌是不动，还是向某一极动呢？

上述问题的答案早已揭晓。20世纪80年代，就有美国科学家做过相关研究，结果是在南半球确实有朝地磁北极（地球南极）运动的细菌，而在赤道附近两种朝向运动的细菌并存。

那么，趋磁细菌为何会有这种朝向性呢？从“用进废退”的角度来看，多为厌氧性微生物的趋磁细菌，它们需要这样的运动能力以确保其在水体和淤泥等环境中移动（转移至缺氧或无氧环境），而其现实基础则是上面提到过的磁小体。

每一细胞内会含有若干数量的磁小体（2-10颗，内含Fe3O4和Fe3S4），它们大小均一，棱柱状（六面或八面），每一磁小体均有南北极，胞内呈线性链状排布，使得细菌可沿地磁运动。此外，已有研究证实趋磁细菌的趋磁能力可遗传，若干磁小体合成基因也已完成克隆。

不要小觑磁小体，它在高新领域可是明星材料。首先，其在“做工”和材质上要完胜人工制造物。磁小体细微、均匀，是非常理想的磁性记录材料，用于制造计算机记忆元件再理想不过。利用其超顺磁性，可生产用途广泛的磁性液体。利用其高矫顽力特性，可生产高密度存储磁粉用于磁性钥匙和磁卡等的制作。

计算机记忆元件

其次，生物友好度高。磁小体是生物磁铁，无细胞毒性，可用作并已用作特定药物输送载体，在脏器组织治疗领域功用非凡。另外，磁小体还可作为转基因载体用于生物传感器等的制造。

生物传感器

相信随着人们对趋磁细菌研究的不断深入，一个又一个的发现和惊喜会接踵而至，必然会更多更好地造福人类。

-END-

*本文为《胖魔王的微生物阵地》（微信号：nldxhjwswx）首发，任何媒体转载时须保留《胖魔王的微生物阵地》名称及微信号。未经许可，严禁对包括标题在内的任何改动。

*文中图片大部分引自网络，如不慎侵权请告知。欢迎朋友们就内容进行斧正，一切为了更好的科普。

关键词： 趋磁细菌 生物传感器 记忆元件

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