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一种令人震惊的食物:微生物以电子为“食”

摘要 : 哈佛大学研究人员揭示常见的细菌如红假单胞菌可以利用天然导电性从深层土壤和沉积物中的矿物质上牵引电子并保存在表面,它们吸收产生能量所必需的阳光。文章发表在近期的《Nature Communications》杂志上。

 哈佛大学研究人员揭示常见的细菌如红假单胞菌可以利用天然导电性从深层土壤和沉积物中的矿物质上牵引电子并保存在表面,它们吸收产生能量所必需的阳光。文章发表在近期的《Nature Communications》杂志上。

Nature:一种令人震惊的食物:微生物以电子为“食”

细菌艺术插图

多年来,许多时尚饮食抓住了公众的想象力,但哈佛大学的科学家鉴定出他们所了解的最奇异的食物——阳光和电流。

“当你想到电和活生物体时,多数人默认如Mary Shelley作法自毙的人,但我们长期了解的是事实上所有有机体都能使用电——电由什么组成——来工作。”Girguis说,“这篇文章的中心是称为细胞外电子传递(EET)的过程,包括细胞内外的电子移动。我们能揭示的是这些微生物吸收电,从事它们的中心代谢,并且我们能够描述关于这一过程系统的一部分。”

野生环境中,微生物依靠铁来提供它们所需要的产生能量的电子,但实验室试验暗示铁本身不是这一过程的关键。实验室中给微生物群落附加一个电极,研究人员观测到它们能从一个非铁资源吸收电子,暗示它们也许能够使用其他电子丰富的矿物质,如野外的其他金属和硫化物。

Girguis说“这是一个改变的游戏,我们长期了解好氧和厌氧世界相互作用主要通过化学物质的扩散流入或流出这些区域。因此,我们也相信这一扩散过程控制许多生物地化循环的进度。但是这一研究表明这种能力进行细胞外电子传递,在某种意义上来说,一种迂回绕开扩散。这可能改变我们认为的关于在好氧和厌氧世界之间交互作用的方式,而且或许改变我们预测生物地化循环速率的方式。”

利用遗传的方法,研究人员鉴定出一个决定吸收电子能力的基因。但关闭这个基因时,微生物吸收电子的能力下降了三分之一。

“我们非常感兴趣了解基因在电子吸收中的作用,”Girguis说。“在自然界中的其他微生物中发现了相关基因,我们无法确定它们在那些微生物中做什么。这提供了一些诱人的证据表明其他微生物也能同时执行这一过程。”

这些微生物依靠日光来帮助产生能量,但它们需要的铁被发现在地表以下的沉积物中。为了能够到达它,并且保留在表面,Girguis说,微生物发育出一种不寻常的策略。微生物吸收电子似乎是通过自然发生的传导性的矿物质。也可能微生物牵引电子离开铁,它们创造氧化铁结晶使其沉淀到土壤周围。随着时间的推移,那些结晶能够变成有传导性并充当“回路”,允许微生物氧化矿物质,否则它们无法达到。

文章链接:

Electron uptake by iron-oxidizing phototrophic bacteria. A. Bose,E.J. Gardel,C. Vidoudez,E.A. Parra & P.R. Girguis. Nature Communications Volume:5,Article number:3391. DOI:10.1038/ncomms4391

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