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细菌首尾相连,形成百米大电线

2019年1月4日  来源:我是科学家iScientist 作者: 提供人:98565201289@1......

丹麦的奥胡斯大学(Aarhus University)的微生物学家拉斯?彼得?尼尔森(Lars Peter Nielsen)在研究城市港口的海底泥时发现,泥浆里有可以探测得到的电流。当时,他和同事们怀疑电流可能是由细菌个体或其他微生物之间的某种对外交通网络造成的。

细菌首尾相连,形成百米大电线?

在海底沉积物中的一种新细菌,通过组成“电线”,把泥底的食物和上层的氧气连接起来。来源:Nils Risgaard-Petersen

克里斯蒂安?普费弗(Christian Pfeffer)在一次新闻发布会上称,“我们的实验表明,海底的电线一定是细菌生成的固体结构。”普费弗的小组与南加州大学的研究人员联手,发现了一种行为像电线一样的新的细菌,能在几厘米的距离上导电,这一距离远远超出科学家们之前的料想。

研究小组通过用显微镜仔细观察海底泥浆,发现了这种 Desulfobulbaceae科的新细菌。由于这种新的细菌太小太脆弱(是人的头发直径的百分之一),没有办法直接测量它们携带的电流,但研究人员发现了几种能证明它导电的间接证据。

沉积物中的细菌呈竖直排列,当把不导电的钨片横着插入细菌中时,细菌会发生短路,电流也中断了。此外,如果安放滤片阻止细菌生长,电流就会消失,除非滤片的孔足够大,细菌可以从中透过。在显微镜下,这种细菌看起来很像电子设备中的电线。每个细菌在纵向都有15 到 17 根能够导电的纤维,每一根都是由许多相连的细胞组成,这些细胞每一个只有几微米长。

细菌首尾相连,形成百米大电线?

这种细菌的横切,周围的小突起是可以导电的纤维。来源:Karen E. Thomsen

为什么细菌会进化出导电这一不同寻常的能力呢?原来,在海底几厘米之下蕴含着巨大的能源储藏——大量的硫化物(负二价硫离子)。但是,大部分生物无法使用它们,因为环境中缺乏氧气。这些硫化物是能量丰富的电子供体,但它们要释放能量必须为这些电子找一个去处——通常而言就是氧气。这就像我们人既需要吃食物又需要呼吸才能活下去一样。打个比方,现在你虽然有一水库的水,但是周围都住满了人,没有可以泄洪的地方,也就没法用这些水来发电。

细菌首尾相连,形成百米大电线?

这种新的细菌在竖直方向传输电子,联通上方的氧气和下方的能源储藏。来源:Nature

而这种细菌找到了解决方案——用一条导线把泥底的食物和上层的氧气连接起来。在底部的泥浆里,细菌从硫化物里获取能量,然后把电子送到上面去;而在顶部富含氧气的海水里,细菌就可以利用充足的氧气接受送来的电子,完成呼吸过程。这就像是修了一条大水渠,让你水库里的水可以顺利地流到大海里,同时推动你的水电站。

到目前为止,只在海底沉积物的厌氧环境中发现了这些细菌,不过,研究团队发现它们的数量惊人。在接受测试的沉积物样本中,平均每立方厘米便有 4000 万个这类细菌的细胞,据研究团队计算,这可以形成 117 米长导电的超细电线

虽然这种生物暂时在归类上被置于现有的细菌种属之中,研究者们表示,它们完全不同于任何迄今我们已经发现的细菌。尼尔森认为这种细菌应该被视为一个新的科,并指出它们与 Desulfobulbaceae科中的其他所有物种之间只有 92% 的 DNA 相似。尼尔森还探讨了这样一个问题:这种新的生物也许比想象中分布得更为广泛。 “它们看来是缺氧环境下的最佳生命形式,为什么不到处都是呢?” 尼尔森问:“或者说它们其实到处都是?”

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细菌 / 导电

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