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我校生科院科研成果在Nature出版集团《Scientific Reports》期刊上发表
发布时间:2015-03-03 10:57:15    点击次数:

近日,生命科学学院连宾教授课题组结合地表岩石的演化规律以及大气二氧化碳浓度变化的总体趋势,对微生物碳酸酐酶在参与硅酸盐矿物风化和碳酸盐矿物形成中所发挥的作用研究取得新进展。该成果以"Effect of carbonic anhydrase on silicate weathering and carbonate formation at present day CO2 concentrations compared to primordial values"为题在2015113日出版的《Scientific Reports( 5 : 7733DOI: 10.1038/srep07733)上发表,《Scientific Reports》是Nature出版集团所发行的学术期刊。

 

地球演化漫长而复杂。在生命出现之前,地球表生地球化学过程的驱动力为物理和化学作用。出现生命之后,生物特别是微生物对地表地球化学过程产生了重要影响。可以说,地球上的生命主体既不是人类,也不是动物和植物,而是微生物。无论是物种的数量,生存年代的久远,还是在地球生态系统中的地位,微生物都当之无愧占据着主体地位。地球演化历史上微生物参与的硅酸盐矿物风化或者/和碳酸盐岩的形成对今天地表形貌的塑造发挥了不可估量的重要影响,其中蕴含很多值得去深入探讨的科学问题。连宾教授课题组在近几年的研究中发现微生物分泌的碳酸酐酶可参与其对硅酸盐矿物的风化过程中(见Chemical Geology, 2012,306:1-9),而此前仅有该酶对碳酸盐矿物的风化报导。

碳酸酐酶(carbonic anhydrase)是生物界广泛分布并可双向催化二氧化碳水合反应的生物催化剂,在一定的环境下其可促进矿物的溶解,但在另外一种环境下促进矿物的沉积则成为其主要作用方式。具有特殊催化特性的碳酸酐酶是否在地表硅酸盐矿物减少和碳酸盐矿物增加的转变过程中发挥作用?或者说随着地球的演化,地表岩石的演化过程是否与生命的出现和生命活动有关,碳酸酐酶在此过程中所参与的比重是如何变化的?这些问题尚无人知晓。由于与硅酸盐矿物风化相关的碳酸盐矿物形成涉及到大气二氧化碳的固定,因而在当今全球气候变化的背景下更具研究价值。

连宾教授课题组在对这一交叉学科科学问题的研究中发现,碳酸酐酶基因的表达与微生物所获取矿质营养的难易程度、矿物的风化与转化、以及与大气二氧化碳的浓度息息相关。在高二氧化碳浓度下碳酸酐酶基因表达水平明显下调,并且碳酸酐酶对硅酸盐矿物溶解的促进作用远远低于二氧化碳自身的推动力。同样,碳酸酐酶促进碳酸钙形成过程的推动力在较高二氧化碳浓度下也被弱化。结合地球演化进程中生物的逐渐增多和大气二氧化碳浓度总体上逐渐降低,该研究结果显示微生物可以通过自身的代谢调控来适应包括大气二氧化碳浓度变化在内的环境变化,微生物碳酸酐酶在地表硅酸盐矿物风化和碳酸盐矿物形成过程中的作用越来越明显和重要。

该研究的第一作者为我校博士研究生肖雷雷同学,通讯作者为连宾教授。


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