宋柳霆副教授课题组在《通讯·地球与环境》杂志发文，首次在自然体系发现铁同位素非质量分馏信号并揭示其保存机制

地球早期生命活动及地外生命信息的识别，是当代地球与行星科学长期关注的核心前沿问题之一。 趋磁细菌在生物矿化过程中形成的磁小体（magnetosome），因其具有明确的生物成因特征，被认为是记录生命活动的重要“化石信号”。然而，化石磁小体的识别和提取存在诸多困难。长期以来，如何在自然体系中可靠地识别生物矿化留下的生命信息，始终是制约该领域发展的关键瓶颈。

最近，国际权威期刊《Science》发表的模拟实验研究发现，趋磁细菌生物矿化过程可能引发铁同位素的非质量分馏效应，这为识别早期生命及地外生命活动提供了一种潜在的全新同位素示踪手段。然而，已有大量自然样品的研究均未发现铁同位素非质量分馏，因而，自然体系趋磁细菌生物矿化能否发生铁同位素非质量分馏仍是亟待破解的关键科学问题。

针对这一关键科学问题，北京师范大学宋柳霆副教授课题组通过系统分析提出了一个新的推断：铁作为主量元素，其背景丰度极高，即使趋磁细菌生物矿化过程产生了少量的非质量分馏信号，也极易被大量“常规铁”所掩盖，从而在自然样品中难以识别。基于这一认识，研究团队在大量自然体系对比研究的基础上，锁定了贵州阿哈湖沉积体系——该体系的有氧–无氧过渡带趋磁细菌活动异常活跃，而该体系的异常氧化还原分带导致上层沉积物孔隙水的“常规铁”含量却很低，是直接观测自然体系中生物矿化能否产生铁同位素非质量分馏的理想研究场所。通过对湖泊沉积物及孔隙水开展系统的铁同位素地球化学研究，研究团队首次在自然体系中清晰观测到显著的铁同位素非质量分馏信号：孔隙水中Δ57Fe 的非质量分馏幅度最高可达1.60‰，并进一步揭示了该异常信号在有氧–无氧过渡带得以产生并保存的物理化学机制。

这一成果首次在自然环境中发现了趋磁细菌生物矿化能够产生并保留显著的铁同位素非质量分馏效应，为利用铁同位素追溯地球早期生命活动及开展地外生命信息提供了关键科学依据。相关成果以 “Large non-mass-dependent iron isotope fractionation in an oxic–anoxic transition zone of lake sediments” 为题，发表在国际期刊 Communications Earth & Environment 上。北京师范大学宋柳霆副教授为第一作者和通讯作者，南京大学鲍惠铭教授为共同通讯作者，加拿大麦吉尔大学 Alfonso Mucci 教授等参与了该项研究。该项目工作获得了国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s43247-025-02931-9