磷回收新方法
由西北大学领导的研究人员发现了自然界循环磷的新方式，这一发现揭示了地球磷循环中缺失的一个部分。
该研究将于 7 月 18 日发表在《自然通讯》杂志上。
磷是植物生长的关键营养素，也是肥料中的非交换性成分。没有磷，农民就无法确保植物健康并提高作物产量。因此，了解地球的磷循环对于保护全球粮食供应至关重要。
虽然土壤中含有丰富的有机磷，但植物和微生物需要无机磷来促进其生长。有机磷以氧为桥梁直接或间接地与碳原子相连。因此，植物和微生物会分泌酶来破坏有机磷中的碳键，生成可生物利用的无机磷。
氧化铁在磷转化中的作用
虽然目前对磷循环的理解认为只有植物和微生物中的酶才能推动这种转化，但西北大学的新研究表明还有另一种方式。氧化铁是土壤和沉积物中天然存在的矿物质，它可以进行将有机磷转化为无机形式的反应。令人惊讶的是，研究人员还发现氧化铁矿物循环磷的速度与土壤中的酶相似。
“目前，磷肥的主要来源是采矿，”西北大学的 说道，她领导了这项研究。“这是一种有限的资源，我们最终会耗尽。据估计，我们可能在 50 年或几百年后就用完了。我们正在研究如何利用基于自然的解决方案进行磷循环，因为没有它我们就无法实现粮食安全。然而，在我们做到这一点之前，我们需要了解天然磷循环的潜在机制。我们发现矿物质在这个以前未知的过程中发挥着重要作用。”
是环境过程中有机物动力学方面的专家，也是西北大学麦考密克工程学院环境工程副教授。她还是合成生物学中心、国际纳米技术研究所和 Paula M. 可持续发展与能源研究所的成员。 实验室的博士生 Jade 是这篇论文的第一作者。实验室前博士后研究员 Klein 和其他人也是本文的共同作者。
超越生物学
当死去的植物或微生物在土壤中腐烂时，它们会留下许多营养物质，包括 DNA 和 RNA，它们是有机磷的重要类型。微生物和活植物利用酶将腐烂有机物中的磷与核苷酸（DNA 和 RNA 的结构成分）分离，使其成为可回收的营养物质。到目前为止，大多数研究人员认为，使用酶是大自然回收有机磷的唯一机制。
然而，她和她的同事决定探索是否有其他机制在起作用。
“对磷的环境动态进行实地研究的结果表明，考虑沉积物中有机磷转化的生物学以外的其他机制非常重要，”卡罗琳博士说。“我的团队开始研究矿物质，特别是氧化铁，因为它们可以充当催化剂。”
磷缺失案
在实验室实验中，她和她的团队研究了含有氧化铁矿物的土壤和沉积物中磷的命运。经过多次实验和分析，研究人员在溶液中找到了反应的转化产物。但奇怪的是，一些无机磷不见了。
由于已知氧化铁会吸收磷，因此研究小组希望更仔细地观察这些矿物。为此，他们利用斯坦福同步辐射光源的专门 X 射线技术来揭开谜团。
“我们竟然发现磷附着在氧化铁表面，”施密特博士说。“基本上，矿物质正在从 DNA 和 RNA 分子中回收磷。但并非所有有机磷都被释放到溶液中，因为它们粘附在表面上。X 射线技术让我们看到，新生成的无机磷中有很大一部分与氧化铁有关。”
超凡的洞察力
随后，研究小组测量了核苷酸产生无机磷的方式和数量。研究人员发现，矿物质回收磷酸盐的速度与生物学相当。
“我们没有想到这个比例与土壤酶的报道比例如此相似，”博士说。
这些新信息不仅扩展了我们对地球磷循环的视野，还可以为我们了解邻近行星提供参考。
“火星是红色的，因为它充满了氧化铁，”辛普森博士说。“如果我们发现它们含有无机磷，那么我们有理由问：‘这些磷是否是生命的有机来源？’”
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