磁性细菌的磁导航

　　在20世纪70年代，一位美国博士生在研究细菌时偶然观测到一种水生细菌总是朝北方和一定深度的水下游动。这一奇特现象引起了他和后来更多的研究者的关注。对这种后来称为磁性细菌或称向磁性细菌的大量的观测和研究取得了许多重要的结果。首先，分别在北半球的美国、南半球的新西兰和赤道附近的巴西对

图5　磁性细菌

这种磁性细菌的观测研究表明，这种磁性细菌在北半球是沿着地球磁场方向朝北和水下游动，而在南半球却是逆着地球磁场方向朝南和水下游动，但在赤道附近则既有朝北游动的，也有朝南游动的。其次，由细菌体分析研究表明，在这种长条形细菌体中，沿长条轴线排列着大约20颗细黑粒，如图5电子显微镜的放大像所示。这些细黑粒是直径约50纳米的强磁性Fe₃O₄。再其次，将这种细菌在不含铁的培养液中培养几代后，其后代体内便不再含有Fe₃O₄细粒，同时也不再具有沿地球磁场游动的向磁性了。总之，这些观察、实验和研究表明，磁性细菌所表现的沿地球磁场游动的特性是同细菌体内所含的强磁性Fe₃O₄(也可称为铁的铁氧体)分不开的。

　　如果进一步再问：为什么这些强磁性铁氧体颗粒的直径总是在50纳米左右，而不是更粗或者更细的颗粒？为什么这些磁性细菌在地球北半球和南半球的游动方向会分别向北和向南？目前的研究是这样说明的：这种强磁性铁氧体(Fe₃O₄)颗粒在50纳米附近正好形成单磁畴结构，可得到最佳的强磁性。如果颗粒太粗，会形成多磁畴结构，而如果颗粒太细，又会产生超顺磁性，都会使其强磁性减弱。这种磁性细菌在地球北半球和南半球的游动方向分别向北和向南，是因为这种磁性细菌是一种厌氧性细菌，这样沿地球磁场游动都正好离开海洋表面而游向少氧的海面下，而且在这样海面下也正是养料较为丰富的区域。不过这些解释是还需要进一步的观察、实验和研究的。

　　从以上的介绍可以看出，在生物世界里，磁是普遍存在的，而且在许多情况下，磁还起着重要的作用。