终极进化！这种细菌仅靠“吃电”存活：无需氧气食物
时间：2018-11-05
一些微生物已经进化出了终极的节食方法。它们不需要摄取食物或氧气，只需要依靠电能便可以存活。
这些微生物通常生活在泥泞的海床或河岸边。找到它们是很容易的：生物学家只需向沉积物中插入一根电极，便能将它们引诱出来。最靠近电极的细菌身体上甚至会长出类似电线的结构，这样其它距离较远的微生物也可以与电源相连了。从效果上来说，这些细菌犹如活生生的输电网。
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并且，我们似乎都能从这种微生物输电网中获益。它能够有效地解决有毒废料和其它环境污染问题。 copyright dedecms
以电为食的微生物听上去像是科幻小说中的玩意儿，但事实上，它们的行为表现并不像乍看起来那样异想天开。
包括人类在内，地球上的任何生命只要想存活下去，都必须对能量加以利用。这种能量以电子的形式存在，也就是那些会产生电流的、带负电荷的微小粒子。
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和地球上大部分生命体一样，人类主要从食物所含的糖分中摄取所需的电子。人体细胞中发生的一系列化学反应会释放电子，电子最终会流入氧气中，而这些氧气正是我们吸进肺中的氧气。电子的这一流动过程便是人体的能量来源。 dedecms.com
这意味着，所有生物都面临着相同的挑战。无论是单细胞的细菌还是一头蓝鲸，都必须找到电子源，还有体内释放电子、形成回路的场所。
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但如果没有氧气来释放电子，会发生什么事情呢？
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有许多生物居住在低氧环境中，因此它们必须找到别的途径来释放电子。一些生物采用的方法是呼吸“金属”，而不是氧气。
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1987年，德里克·拉弗利(Derek Lovley)和他在马萨诸塞州立大学的实验室在华盛顿附近的波托马克河岸上第一次意外发现了这样的细菌。 本文来自织梦
这些细菌名叫硫还原泥土杆菌(Geobacter metallireducens)，它们从有机化合物中获取电子，然后将电子转移到铁氧化物中。换句话说，它们吃的是垃圾(包括乙醇在内)，“呼吸”的是金属，而非氧气。
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当然了，这种“呼吸”和我们平时所说的大不相同。首先，细菌没有肺，因此它们会将电子转移到细胞外面的金属氧化物中。
它们是通过细胞表面伸出的一种特殊的、头发一般的细丝来实现这一点的。这些细丝和铜制电线的作用类似，都可以导电，因此它们被称作“微生物纳米电线”。 内容来自dedecms
硫还原泥土杆菌可以利用大部分生物完全无法利用的能量来源。它们甚至能有效地“吃掉”污染物。它们能够将泄露的石油中的有机化合物转化为二氧化碳，或将钚和铀之类的可溶放射性金属转化为不可溶的形式，减小它们对地下水的危害，并在这一过程中产生电能。
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事实上，有些人甚至认为，将来我们可以用海藻、尿液、污水等废料为智能手机等微生物燃料电池设备供电，用这些原料作为微生物的唯一食物来源。这可以说是可循环能源的终极发展目标。
1988年，在拉弗利发现了这种细菌一年之后，南加州大学的微生物学家肯尼斯?尼尔森(Kenneth Nealson)发现了第二种会排出电子的细菌。
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他当时正在研究纽约州奥奈达湖中的一种奇特现象。奥奈达湖中含有锰，会和空气中的氧气发生反应，形成氧化锰。然而，尼尔森发现的氧化锰并没有他预期中那么多，有一部分似乎消失了。最后他发现，罪魁祸首是希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)。 dedecms.com
这种细菌在富氧环境中会呼吸氧气，但在泥泞的湖岸上，氧气十分稀少，因此它们会直接将电子转移到氧化锰中，通过这种方法产生电流。遇到铁等其它金属时，它们也会利用这种方法。
这些细菌究竟是如何做到这一点的，长时间以来一直是未解之谜，答案直到不久前才被揭开。
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在显微镜下观察时，希瓦氏菌的外膜似乎有一些长长的、像头发一样的延伸物。一开始，人们认为这些细丝就像铜线一样，是用来导电的，作用和硫还原泥土杆菌差不多。但后来人们发现，这些长长的细丝只有在实验室中做了脱水处理之后，才具有导电功能。 内容来自dedecms
和硫还原泥土杆菌不同，希瓦氏菌似乎是用一种叫做黄素类分子(flavins)的运输分子和外膜中一种叫作细胞色素(cytochromes)的蛋白质将电子转移到细胞外面的。
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目前为止，本文仅仅讨论了在呼吸时会产生电流的细菌。但研究人员发现的能够排出电子的微生物还不止这些。
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大多数生物会从碳水化合物中获取电子，而有些细菌可以“吃掉”矿物和岩石中的电子，就像直接从“插座”中摄取电能一样。 dedecms.com
尼尔森手下的一名研究生安妮特·罗威(Annette Rowe)在海床上发现了六种仅靠电能便可生存的细菌。这六种细菌之间彼此大不相同，并且没有一种与硫还原泥土杆菌和希瓦氏菌有任何相似之处。 本文来自织梦
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罗威从加州海岸边的卡特里娜港的海床上提取了一些沉淀物样本，将它们带回实验室，然后向其中插入电极。然后她对电极的电压进行了调整，观察沉积物中的细菌是会“食用”电极上释放的电子，还是会向电极上排放电子。 dedecms.com
她发现，当没有其它“食物”来源时，这些细菌会欣然接受来自电极的电子。但在自然界中，这些细菌则会直接从海床中的铁和硫中获取电子。 织梦内容管理系统