化學是連接生物學和地質學的橋梁

巖石和泥土在一起的情景太常見了,但在人們眼里它們似乎各行其事,關系并不大,這是幾十年甚至幾百年來大家都普遍認同的道理.直到 1556年,人們才通過礦物學之父格奧爾格烏斯 ? 阿格里科拉的遺作了解到有一種真菌生長在礦石紋理的薄土層中,就像是礦工手中的鏟子一樣將巖石分開.然而,20世紀后人們越來越認識到細胞通過電子轉移的方式獲得和儲存生命活動所需要的能量.由于礦物質之間的反應也涉及到氧化還原過程,人們才開始認識到某些“能吃苦”的微生物有時在“極端”惡劣的條件下也能從巖石中吸收營養.理解透徹自然環境本身的基本過程將會避免一些誤解的發生,因此生物地球化學氧化還原過程引起了很多學者的興趣.

氧化還原作用能將原本固定在晶格中的金屬元素釋放出來,并將其氧化成毒性更強的物質,所以氧化還原過程對生命體往往是有害的.在許多氧化還原過程中生命體巧妙地將反應朝著有利于自己的方向引導.其中,與有毒的金屬物質發生螯合反應是利于生命體生長的一種方式.因此,應該多進行對生物地球化學氧化還原過程監測和理解方面的研究,檢測能力和理解力度的提高將有利于最大限度地利用生物學研究控制因人類活動而帶來的污染.

在地球的水圈和巖石圈生物無處不在,這些普遍存在的生物體無時無刻不在經歷著氧化過程或還原過程的轉化.有人指出二價鐵/三價鐵系統和氧氣是上述氧化還原作用最常見的主角.在缺乏氧氣的情況下,許多微生物種群就借助某些金屬來完成自身生長電子鏈中電子的傳遞,并通過有機磷酸酯來儲存能量以完成生命的后續過程,如繁殖后代或生成保護性套膜等.微生物在有生命活性時會由于新陳代謝作用排泄有機物質,死亡后則變成了有機碎屑.因此,不管哪種狀態,雙性的腐植酸離子都會自然而然地進入鐵的氧化還原過程.