微生物无处不在,人们无时不生活在“微生物的海洋”中。但微生物在改造地球环境和保持地球表面物质平衡等方面重要性主要表现在两个方面:(1)在进行碳循环过程中,控制大气O2的含量; (2)由于微生物的新陈代谢过程主要与CO2和CH4有关,而这两种气体又是最重要的温室气体,因此微生物的碳循环也影响到气候变化。从上述两方面看,地质学家只能定性地研究微生物在地球化学中的作用。目前地球化学家比较注重微生物地球化学过程的研究,如微生物的碳循环、微生物如何影响环境等。但如何利用沉积物中微生物物质成分的地质记
录来反演地球化学过程仍处于探索之中。生命只是地球总物质组成中很小的一部分。而微生物的尺度又是微米级的,绝大多数是肉眼不可见的。因此过去人们只注意到微生物生命脆弱的一面,被动地受环境控制和影响的一面。今天,我们需要重新认识地球上微生物生命,重新认识它强大的力量,它对地球环境的改造作用和调节控制,它给地球带来的活力,带来的生机,带来的复杂性和多样性。
地质微生物学是在20世纪末发展起来的新的地学分支,该学科反映了人、环境与发展的时代要求,综合了当代地球化学和分子生物学的成就。主要的研究对象是地质环境中的微生物活动过程及其所形成的各种地球化学记录。该学科经20世纪最后10年的发展已经成为地球科学的一个新的最具生命力的分支。通过对现代及地质历史上各种地质环境,包括极高温,高压,极端酸性,碱性,高盐度,极高放射性,地球深部等环境中微生物的生存和演化,及其形成的地球化学记录的研究,极大地丰富了我们对地球上生命演化的认识,更使我们深刻地认识到了微生物在地球生态链和生物圈物质循环中的作用。
地质微生物学是从微生物生态学发展而来的。从对微生物分离培养及生理特征的传统微生物生态的研究逐渐发展到微生物与微生物之间以及微生物与环境(地质环境)之间的相互作用上。微生物和地球环境的相互作用是普遍存在的,如(1)微生物通过有氧的光合作用、氮气的固定和二氧化碳的吸收改变着大气的化学成分; ( 2)通过控制矿物风化的速率和诱导矿物沉淀,微生物也在改变或修正海洋、河流等水体的成分; ( 3)通过酶催化的氧化还原反应或释放复杂的试剂,改变水、土壤和沉积物中的金属和类金属的种类; (4)微生物通过对矿物、岩石的风化及新矿物的形成不断地改造着地球物质; ( 5)微生物通过其初级产品或再矿化的有机碳来维持高等生命。因此,从地质学观点看,地球表面环境的化学性质受到微生物的控制和改造。从微生物学角度看,地球化学条件显然也控制了微生物的生长和发育。
本书全面介绍了人们目前对微生物群落是如何随时间影响生物地质化学和矿物学过程这一科学问题的研究和了解情况。尽管已经有不少关于地址微生物学的书，但是它们要么过多地强调生理学而忽略了地质学方面，要么章节之间联系性不强，难成系统。因此那些书籍就不适合作为地址微生物学课程的教材。然而，本书围绕微生物行为的地质学影响这个中心问题循序渐进的讲解、层层深入的讨论。各章内容既完整而独立，又通过现代生态系统中微生物-环境之间相互作用的自然状态联系在一起。全书共七章。第一章介绍微生物是如何分类的，物理约束条件如何控制它们的生长，如何用分子方法研究微生物的多样性和极端环境中生命。第二章介绍生物能量学、微生物的代谢能力以及主要的生物地质化学途径。第三章介绍细胞表面的化学活性、金属的吸附以及微生物在污染转移和生物修复中的作用。第四章介绍微生物矿物的形成和化石化。第五章介绍微生物在矿物解析和氧化中的功能以及这些过程的工业和环境衍生。第六章介绍介绍生物膜、微生物岩的形成以及沉积岩石化中的自然循环。最后一章介绍引起生命出现、代谢过程的进化以及生物圈的多样化的事件。
本书内容涵盖面广，信息量大，对地质卫生学研究领域做了系统、全面的叙述和讨论。此外本书取材新，重视新理论、新知识、新应用的介绍和论述，反映了学科的发展趋势及最新研究成果。本书主要针对地球和生物科学专业的高年级本科生和研究生，可以作为相关学科的教材使用。同时，本书涵盖了丰富的参考文献，旨在为读者提供一个深入研究的起点。
作者简介
Kurt Konhauser: 加拿大艾伯特大学地球与大气科学系地质微生物研究主席，《地质生物学》杂志总编辑，主要从事地质生物学和地质微生物学方面的研究，包括细菌在现代矿物沉积中的作用，这些过程是如何促进早期生命形式的保存和前寒武纪条带状铁建造的形成。
本书目录
第一章 微生物特征和多样性
第二章 微生物代谢
第三章 细胞表面活性和金属吸附作用
第四章 生物矿化
第五章 微生物风化
第六章 微生物区划
第七章 早期微生物生命
参考文献
索引
(武汉大学生命科学学院 唐娴)