生物硅化，即由二氧化硅组成的生物结构的形成，在真核生物中广泛分布。它在全球生物地球化学循环中起着重要作用，并在整个地质时期推动了海洋中溶解硅的减少。

中国科学院地质与地球物理研究所(IGGCAS)的李金华和潘永新发现了一种新型的趋磁细菌，这种细菌可以形成细胞内的无定形硅球。

这一发现揭示了原核生物中细胞内控制的硅化作用，并提示了在地球早期历史中，生物地球化学硅循环的一个未观察到的影响。

这项研究发表在5月13日的《科学进展》杂志上。

硅是地壳中仅次于氧的第二大元素。在陆地和海洋中，水都是生命的基本元素。由二氧化硅组成的生物结构的形成，被称为生物硅化，广泛分布在真核生物中。

此前曾有人提出，显生宙期间生物硅化真核生物的辐射导致全球海洋中溶解硅(DSi)的长期下降，最终导致今天看到的低浓度DSi。然而，在前寒武纪，这一过程的有力证据仍然难以找到。

李金华教授在陕西省西安市未央湖(WYH)的沉积物中发现了一组特殊的趋磁球菌。该细菌暂命名为菌株WYHC-5，系统发育隶属于硝化螺旋菌门，属于趋磁菌(MTB)的一个深分枝群。

李教授说:“电子显微镜分析显示，菌株WYHC-5除了形成磁铁矿型磁小体和硫包裹体外，还可以在其细胞内以无定形二氧化硅球的形式积累大量的硅。”

对WYHC-5基因组的宏基因组分析结果显示，存在一个可能参与硅沉积的关键基因。进一步的评估表明，在变形杆菌门的其他菌株中也存在胞内二氧化硅球。

因此，这项研究为原核生物细胞内控制的生物硅化作用提供了以前未被认识的结构和分子证据。这一结果可能对地球早期的生物地球化学硅循环产生影响。

这些发现也扩大了原核生物的硅化记录，从属于厚壁菌门的芽孢杆菌属和蓝藻Synechococcus到隶属于硝化螺旋菌门和变形菌门的几种结核分枝杆菌。然而，不同菌群的生物硅化模式(即硅化产物的形态和位置)明显不同。

MTB菌株WYHC-5在细胞内以无定形二氧化硅球的形式积累硅，这是由于估计的DSi浓度比周围用于实验的水中高约3500倍。因此，它代表了一种新颖而高效的原核生物硅化模式。

显生宙燧石主要由硅化骨架组成，因此是生物成因。然而，前寒武纪燧石的起源一直是一个谜，因为缺乏证据表明，分泌硅的生物在前寒武纪大量存在，对硅循环产生了重大影响。目前存活的所有结核分枝杆菌都是微氧和厌氧的，其C、N、S、p和Fe代谢多种多样。它们在环境中无处不在，生活在各种淡水、咸水、海洋和高盐的栖息地，甚至在温泉中。

“综上所述，这些事实支持了一种可能性，即在地球早期历史的某个时刻，结核杆菌生活在太古代海洋的缺氧环境中。因此，在现代环境和早期地球历史中，原核生物可能在推动生物地球化学硅循环中发挥作用，前提是原核生物硅化有一个古老的起源，而不是最近的水平基因转移”。