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把細菌放大無數倍

生活 更新时间:2024-07-01 11:16:34

丹麥的奧胡斯大學(Aarhus University)的微生物學家拉斯•彼得•尼爾森(Lars Peter Nielsen)在研究城市港口的海底泥時發現,泥漿裡有可以探測得到的電流。當時,他和同事們懷疑電流可能是由細菌個體或其他微生物之間的某種對外交通網絡造成的。

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在海底沉積物中的一種新細菌,通過組成“電線”,把泥底的食物和上層的氧氣連接起來。來源:Nils Risgaard-Petersen

克裡斯蒂安•普費弗(Christian Pfeffer)在一次新聞發布會上稱,“我們的實驗表明,海底的電線一定是細菌生成的固體結構。”普費弗的小組與南加州大學的研究人員聯手,發現了一種行為像電線一樣的新的細菌,能在幾厘米的距離上導電,這一距離遠遠超出科學家們之前的料想。

研究小組通過用顯微鏡仔細觀察海底泥漿,發現了這種 Desulfobulbaceae科的新細菌。由于這種新的細菌太小太脆弱(是人的頭發直徑的百分之一),沒有辦法直接測量它們攜帶的電流,但研究人員發現了幾種能證明它導電的間接證據。

沉積物中的細菌呈豎直排列,當把不導電的鎢片橫着插入細菌中時,細菌會發生短路,電流也中斷了。此外,如果安放濾片阻止細菌生長,電流就會消失,除非濾片的孔足夠大,細菌可以從中透過。在顯微鏡下,這種細菌看起來很像電子設備中的電線。每個細菌在縱向都有15 到 17 根能夠導電的纖維,每一根都是由許多相連的細胞組成,這些細胞每一個隻有幾微米長。

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這種細菌的橫切,周圍的小突起是可以導電的纖維。來源:Karen E. Thomsen

為什麼細菌會進化出導電這一不同尋常的能力呢?原來,在海底幾厘米之下蘊含着巨大的能源儲藏——大量的硫化物(負二價硫離子)。但是,大部分生物無法使用它們,因為環境中缺乏氧氣。這些硫化物是能量豐富的電子供體,但它們要釋放能量必須為這些電子找一個去處——通常而言就是氧氣。這就像我們人既需要吃食物又需要呼吸才能活下去一樣。打個比方,現在你雖然有一水庫的水,但是周圍都住滿了人,沒有可以洩洪的地方,也就沒法用這些水來發電。

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這種新的細菌在豎直方向傳輸電子,聯通上方的氧氣和下方的能源儲藏。來源:Nature

而這種細菌找到了解決方案——用一條導線把泥底的食物和上層的氧氣連接起來。在底部的泥漿裡,細菌從硫化物裡獲取能量,然後把電子送到上面去;而在頂部富含氧氣的海水裡,細菌就可以利用充足的氧氣接受送來的電子,完成呼吸過程。這就像是修了一條大水渠,讓你水庫裡的水可以順利地流到大海裡,同時推動你的水電站。

到目前為止,隻在海底沉積物的厭氧環境中發現了這些細菌,不過,研究團隊發現它們的數量驚人。在接受測試的沉積物樣本中,平均每立方厘米便有 4000 萬個這類細菌的細胞,據研究團隊計算,這可以形成 117 米長導電的超細電線

雖然這種生物暫時在歸類上被置于現有的細菌種屬之中,研究者們表示,它們完全不同于任何迄今我們已經發現的細菌。尼爾森認為這種細菌應該被視為一個新的科,并指出它們與 Desulfobulbaceae科中的其他所有物種之間隻有 92% 的 DNA 相似。尼爾森還探讨了這樣一個問題:這種新的生物也許比想象中分布得更為廣泛。 “它們看來是缺氧環境下的最佳生命形式,為什麼不到處都是呢?” 尼爾森問:“或者說它們其實到處都是?”

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