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中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员联合多国科研团队，以在西安未央湖发现的趋磁弧菌WYHV-1为研究对象，揭示了趋磁细菌跨尺度磁组织的全新机制。相关成果北京时间9月29日在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》发表。
地磁场如同地球自带的方向坐标网，趋磁细菌就是自然界里的“活罗盘”。这类细菌能在细胞内部制造纳米级磁铁矿颗粒，也就是磁小体，再把颗粒串成磁链，顺着地磁场找准适合生存的环境。过去主流理论认为，细菌想要获得稳定磁性，每一颗磁小体都必须是形态规整、磁化均匀的理想颗粒。但自然界里不少细菌能合成偏大、磁化不均匀的磁小体，它们如何实现磁响应，磁链能不能跨细胞发挥作用，一直缺少直接实验证据。
本次研究发现，WYHV-1制造的磁小体十分特别：呈拉长棱柱状，个头比常见同类颗粒更大，晶体两端还有一对类似“酒窝”的对称凹坑，这是颗粒本身自带结构，并非样品制备造成的假象。大尺寸的磁小体单独放置时，内部磁场会呈涡旋卷曲状态，达不到理想的均匀磁化。但当颗粒紧密排成链条，颗粒之间的磁相互作用会“驯服”这种紊乱，整条磁链就能形成稳定的磁性，实现定向导航。
研究还观察到一个新奇现象：在外磁场作用下，这种细菌可以首尾相连，组装成长链状细胞集合体。磁小体链条产生的微弱磁场，能够充当“磁性纽带”，拉近独立细胞，实现细胞之间的磁力相互作用。
这项研究打通了磁性颗粒、磁链、细胞三个尺度，更新了经典的磁小体理论：不需要每一颗磁小体都保持理想磁化状态，依靠链条的协同效应，大尺寸涡旋颗粒依旧可以实现稳定磁响应。该成果也为古地磁研究提供了重要参考，这种带凹坑的磁铁矿，可帮助科学家识别岩石里的磁小体化石，更好解读远古地球环境。
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