化学是连接生物学和地质学的桥梁

岩石和泥土在一起的情景太常见了,但在人们眼里它们似乎各行其事,关系并不大,这是几十年甚至几百年来大家都普遍认同的道理.直到 1556年,人们才通过矿物学之父格奥尔格乌斯 ⋅ 阿格里科拉的遗作了解到有一种真菌生长在矿石纹理的薄土层中,就像是矿工手中的铲子一样将岩石分开.然而,20世纪后人们越来越认识到细胞通过电子转移的方式获得和储存生命活动所需要的能量.由于矿物质之间的反应也涉及到氧化还原过程,人们才开始认识到某些“能吃苦”的微生物有时在“极端”恶劣的条件下也能从岩石中吸收营养.理解透彻自然环境本身的基本过程将会避免一些误解的发生,因此生物地球化学氧化还原过程引起了很多学者的兴趣.

氧化还原作用能将原本固定在晶格中的金属元素释放出来,并将其氧化成毒性更强的物质,所以氧化还原过程对生命体往往是有害的.在许多氧化还原过程中生命体巧妙地将反应朝着有利于自己的方向引导.其中,与有毒的金属物质发生螯合反应是利于生命体生长的一种方式.因此,应该多进行对生物地球化学氧化还原过程监测和理解方面的研究,检测能力和理解力度的提高将有利于最大限度地利用生物学研究控制因人类活动而带来的污染.

在地球的水圈和岩石圈生物无处不在,这些普遍存在的生物体无时无刻不在经历着氧化过程或还原过程的转化.有人指出二价铁/三价铁系统和氧气是上述氧化还原作用最常见的主角.在缺乏氧气的情况下,许多微生物种群就借助某些金属来完成自身生长电子链中电子的传递,并通过有机磷酸酯来储存能量以完成生命的后续过程,如繁殖后代或生成保护性套膜等.微生物在有生命活性时会由于新陈代谢作用排泄有机物质,死亡后则变成了有机碎屑.因此,不管哪种状态,双性的腐植酸离子都会自然而然地进入铁的氧化还原过程.