地磁场是一个重要的地球物理场，地球上所有生物的起源和演化都是在地磁场环境中进行的。地磁场保护着地球生物免受太阳风和有害宇宙射线的袭击，可直接影响部分生物的行为和生理活动，甚至改变某些生物的种群多样性及演化趋势。探索地磁场对地球生物的影响是地球科学和生命科学的前沿交叉研究方向。
趋磁细菌是一类能沿地磁场磁力线方向运动的微生物的总称，广泛分布在各种淡水和海洋环境中。它们的显著特征是在细胞内由基因控制矿化合成纳米级磁铁矿（Fe3O4）或胶黄铁矿（Fe3S4）磁小体; 磁小体粒度均一、化学纯度高、由生物膜包裹并在细胞内呈链状排列，使得趋磁细菌能有效感受外界磁场，并利用地磁场磁力线快速定位到其最佳生态位（如最适宜的氧浓度）。趋磁细菌参与了铁、硫、碳、氮、磷等元素的循环，保存在沉积物中的化石磁小体还是沉积物磁信号的重要载体。因此，趋磁细菌是研究生物地磁学与生物矿化作用的理想研究对象。然而，由于缺乏针对趋磁细菌多样性与环境的系统性研究工作，过去人们对自然界趋磁细菌分布的认识十分有限。
中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室古地磁与年代学实验室、中-法生物矿化与纳米结构联合实验室林巍副研究员、潘永信研究员与美国南加州大学学者合作，综合磁学和微生物学手段，系统研究了中国和美国25个湖泊、河流和海洋环境的表层沉积物中趋磁细菌的多样性（图1），揭示出趋磁细菌的分布与高等动植物类似，在大尺度范围（~12000 km）具有地理分布格局，环境异质性和地史过程共同驱动了这种地理分布。通过定量分析发现，环境异质性较地理距离在趋磁细菌地理分布中起更重要的作用（图2）。
该研究首次发现趋磁细菌的大尺度地理分布与地磁场强度显著相关 (P < 0.001)，表明地磁场对趋磁细菌的地理分布具有重要影响，证实了趋磁细菌与地磁场具有协同演化特征。分析表明，水体盐度、温度、硫酸盐、总铁、氧化还原电位等是影响趋磁细菌地理分布的重要环境因子。该研究还明确地提出趋磁细菌可作为研究微生物地理分布特征及驱动机制的模式生物。上述研究结果也为挖掘沉积物/岩石中化石磁小体所携带的古地磁和古环境信息提供了重要依据。由于趋磁细菌的磁小体具有种群特异性的特点，因此沉积物中保存的化石磁小体的数量和类型可作为重构古气候变化的替代性指标。
上述研究成果发表在4月10日出版的国际期刊Scientific Reports（Lin et al. Integrating niche-based process and spatial process in biogeography of magnetotactic bacteria. Scientific Reports, 2013, 3: 1643, doi:10.1038/srep01643）。Scientific Reports是Nature Publishing Group于2011年新创刊的综合性网络期刊，目前被PubMed和SCI收录，涉及的研究领域覆盖自然科学各个学科。
本研究工作得到中国科学院和国家自然科学基金资助。
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图1 采样点地理位置（饼图表示每个地点趋磁细菌的群落结构，不同颜色表示不同类群的趋磁细菌。）
图2 趋磁细菌地理分布特征驱动因子模型（分别以UniFrac指数和Sørensen指数来表征趋磁细菌多样性在空间尺度上的变化。）
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