ANR BIOMAG

Tracking the emergence and evolution of magnetotactic bacteria from the fossil record of magnetite

Financement : ANR JCJC, 334 825 € (référence ANR-23-CE49-0007)

Coordinateur: Matthieu Amor, LGL-TPE

Établissement porteur : ENS de Lyon

Durée : 2024 – 2027

Résumé du projet

Magnetotactic bacteria perform biomineralization of intracellular magnetite (Fe3O4) nanoparticles. Although they may be among the earliest microorganisms capable of biomineralization on Earth, identifying their activity in ancient sedimentary rocks remains challenging because of the lack of reliable biosignatures. Recently, it has been demonstrated that molybdenum possesses a strong affinity for magnetite produced by magnetotactic bacteria relative to abiotic magnetite samples. Such molybdenum enrichement in biological magnetite was proposed to be generated by molybdenum-dependent metabolic reactions that are necessary for energy production and magnetite formation in the bacteria. Accordingly, molybdenum is likely to undergo unique isotopic fractionations during incorporation into biological magnetite. The present project aims at establishing molybdenum as a reliable tool for the identification of the fossil remains of magnetotactic bacteria in ancient geological samples. In a first round of experiments, the isotope signatures of molybdenum in magnetite produced either by magnetotactic bacteria or from abiotic reactions will be calibrated. Their potential for surviving diagenetic and fossilization processes will then be assessed from experimental fossilization. Finally, key geological samples will be analyzed to determine the biological or abiotic origin of the magnetite crystals they contain from their chemical and isotopic molybdenum signatures.

 

Figure : bactérie magnétotactique (souche AMB-1) observée en microscopie électronique en transmission (crédit : Amor et al, 2015 PNAS)

Les bactéries magnétotactiques possèdent la capacité de former des nanoparticules de magnétite (Fe3O4) intracellulaires. Bien qu’elles puissent représenter un des plus anciens groupes de microorganismes réalisant la biominéralisation, l’absence de biosignatures claires rend l’identification de leurs traces fossiles dans les roches sédimentaires anciennes particulièrement difficile. Il a été récemment démontré que le molybdène possède une très forte affinité pour la magnétite produite par les bactéries magnétotactiques relativement à des échantillons de magnétite produits de façon abiotique. Cet enrichissement en molybdène dans la magnétite biologique a été proposé comme résultant de réactions métaboliques dépendantes du molybdène et permettant aux bactéries de produire de l’énergie ainsi que de former la magnétite. Par conséquent, il est probable que le molybdène subissent des fractionnements isotopiques caractéristiques de la biominéralisation par les bactéries magnétotactiques lors de son incorporation dans la magnétite. Ce projet propose d’établir le molybdène comme un outil fiable permettant l’identification des restes fossiles de bactéries magnétotactiques correspondant à leurs cristaux de magnétite préservés dans les échantillons de roches anciennes. Les signatures isotopiques du molybdène seront dans un premier temps calibrées dans la magnétite produite soit par les bactéries magnétotactiques soit par les réactions abiotiques. Leur capacité a être préservées lors des processus de diagénèse et de fossilisation sera testée à partir de fossilisations expérimentales. Enfin, des échantillons clés de roches anciennes seront analysés pour déterminer l’origine biologique ou abiotique des cristaux de magnétite qu’elles contiennent à partir de leurs signatures chimiques et isotopiques en molybdène.

Liste des membres du LGL-TPE impliqués :