针对上述问题,中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室博士生韩晓华与导师潘永信研究员、德国图宾根大学Andreas Kappler教授等人,通过大量模拟实验研究证实:厌氧光合铁氧化菌Rhodobacter ferrooxidans SW2 和 Rhodopseudomonas palustris TIE-1可将绿锈矿物中的Fe(II)氧化为水合氧化铁,这种厌氧光合铁氧化过程很可能是前寒武纪BIFs沉积的重要机制之一(图1)。
为了揭示有机质对磁铁矿形成的影响,他们进一步比较了水合氧化铁在非生物和微生物还原条件下的二次矿化过程。结果发现,由于有机质对水合氧化铁的稳定作用,非生物还原实验中的水合氧化铁并没有完全转化为磁铁矿。虽然微生物还原实验中的水合氧化铁都不同程度地二次矿化为磁铁矿,但是其二次矿化的速率及程度都相对较低,说明初始Fe(II)浓度、细菌细胞及其附带有机质(比如胞外聚合物)等因素在水合氧化铁二次矿化为磁铁矿的过程中起到重要作用(图2)。以上实验结果不仅仅增进了我们对水合氧化铁二次矿化途径的理解,也为洞悉古环境中Fe元素的生物地球化学循环提供了新的认知。

图1 厌氧光合铁氧化菌Rhodobacter ferrooxidans SW2 及 Rhodopseudomonas palustris TIE-1氧化绿锈示意图

图2 非生物及微生物还原条件下四种水合氧化铁二次矿化过程示意图。其中四种水合氧化铁(Fh)包括:化学成因的水合氧化铁(aFh);与腐殖酸共沉淀的化学成因的水合氧化铁(aFh-HA);由厌氧光合铁氧化菌R. ferrooxidans SW2矿化形成的生物成因水合氧化铁(bFh),以及用漂白剂处理去除生物有机物的生物成因水合氧化铁(bFh-bleach)

1.Han X, Tomaszewski E J, Sorwat J, et al. Oxidation of green rust by anoxygenic phototrophic Fe (II)-oxidising bacteria[J]. Geochemical Perspectives Letters, 2020, 12: 52–57. DOI: 10.7185/geochemlet.2004.(原文链接)
2. Han X, Tomaszewski E, Sorwat J, et al. Effect of Microbial Biomass and Humic Acids on Abiotic and Biotic Magnetite Formation[J]. Environmental Science & Technology, 2020. DOI: 10.1021/acs.est.9b07095.(原文链接)