在过去的几年里，有证据表明铁氧化物的重要价值在几百万年前的生物系统内就得到了利用。四氧化三铁（Fe₃O₄）在许多种细菌中存在，针铁矿［FeO(OH)］可以强固帽贝的牙齿，铁蛋白即［Fe(OH)₃］作为铁的储存物可以说是无处不在。直到最近人们还认为生物学的磁性铁无机物仅能在地球表面的通气性良好的液态部分，例如淡水或海水细菌中才能找到。但是上一期《自然》杂志报道，法斯宾德（Fassbinder）等人从土壤中发现了大量的磁性细菌，他们甚至认为，在当今的土壤中也存在着由这些磁土壤细菌所产生的磁性材料（它们就是以前被认为是“无机物”的来源），虽然有一些仍然是细胞内的材料，但是大多数都是独特的“化石”材料。本期《自然》杂志报道了另外二个研究小组的工作，他们从水底部的富硫层找到了磁细菌，并从生物体内发现了几种铁的硫化物形式，它们包括四硫化三铁（Fe₃S₄）、称为磁黄铁矿和黄铁矿的二硫化铁（FeS₂）。涉及到的生物属于极端原始的硫细菌，它们生活在厌氧条件下。这几篇论文极大地扩展了我们的知识。

激发人们立即产生兴趣的诱人问题是，这些生物系统是怎样获得对积淀的矿物质类型的精确控制能力的，要弄清在一个细胞内甚至在分离的液泡中，怎样才能选择铁氧化物或铁硫化物的形式使一种物质结晶而排除另二种物质是不容易的。我们必须设想存在着有机的基因产物来操纵这种过程，我们自己就很想获得控制这种结晶过程的能力。

在许多种细菌中均存在着广泛的铁的沉积物，这个发现导致产生了有关此类物质的实用性的问题，因为铁的硫化物中有一些是非磁性的，也可能最早的铁氧化物也不是磁铁矿而是与Fe(OH)₃密切关连。贮存铁的需要当然是与这个元素在范围广泛的催化酶中的必不可少的作用有关（从某种意义上来说，铁的贮存与骨头中钙的储存相似）。铁的homoeostatic水平还控制着在生物能量学中必不可少的一系列酶（见图）。在厌气性细胞中铁水平的缓冲靠的是无机铁蛋白，但是在这个名字的背后所隐藏着的令人好奇的是结晶的或无定形的铁的氢氧化物，它们被在某种程度上或多或少相似的蛋白质包裹起来，并与不同数量的磷结合在一起，这个过程与生物体的独特性有关。这些铁蛋白很可能是Fe₃O₄晶体的前体，现在知道这在土壤中是普遍的事。

铁与细菌细胞的控制和催化作用之间的复杂的相互作用关系。许多含铁酶均为Fen/Sn蛋白质。本文所描述的发现所提示的问题是，在早期的厌气性生命中，铁蛋白即当今的铁储存形式是否被一种无机的铁硫化物替代。

在硫细菌中能产生几种形式的铁的硫化物，这使人们猜测，硫细菌是否有以Fe/S固体为基础而不是以Fe/O固体为基础的类固定装置，而且这是否是较早期的铁的储存形式。在这些生物中，硫化物及铁的代谢与类固定之间存在着基本的连锁关系，两者对维持必不可少的原始电子传递蛋白的核心基团（即Fen/Sn簇，这里n=2或4）都是必需的。导致ATP形成的最早的能量捕获装置早在双氧化学产生之前就是以这些传递蛋白为基础的。对原始生命来说，归根结蒂，二硫化铁（FeS₂）不过是从硫化物到元素硫的中间产物，它也是早期代谢的终产物之一。以铁/硫化学为基础的关于早期生命的一般思想并不新颖，哈特曼（Hartman）对此就作过探讨和评述，他认为我们应当进一步认识，在利用ATP以前很原始的氧化还原系统是否就能以一种变化的程序从而利用有机的和无机的硫化学来捕获化学键的能量。对早期生命来说，铁的硫化物是一种直接的能量来源吗？富含电子的铁硫化物在水中是不稳定的，但是在海洋的出气口和某些地质积淀物中却能存在。饶有趣味的主要反应是：

该反应能部分地被光驱动。原始生命系统能捕获铁的胶体粒子来作为催化剂，以与本世纪早期的生物学催化剂相平行？铁硫化物材料的表面也能催化像那些现在在Fe/S簇蛋白质（例如氢化酶、脱氢酶如顺乌头酸酶）中所进行的反应。

生物学上总是这样，当一组新的化合物例如像细菌红蛋白这样的色素，像PQQ这样的辅酶或像Fe₃O₄、FeS₃和Fe₃S₄这样的无机物尚未揭示出来时，我们应当研究这样材料在它们所合成的生物学环境中的功能性优点。从土壤细菌中发现铁的氧化物这本身就是奇怪的事，因为难以看到导向帮助在那里的价值；然而，铁硫化物在细胞内的积淀却为我们追溯生命的起源提供了新的线索。现在和过去有生命的地方，以Fe/S化合物为基础的能量捕获的重要性如同DNA在生命历史上的重要性一样。在地球上富含硫化物的地带可能会有各种类型的生命存在，这对解答生命是怎样开始的问题或许将找到有益的启示。

[Nature. 1990年1月18日］