科學(xué)探索：食用金屬的細(xì)菌


加州理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌產(chǎn)生的錳氧化物結(jié)核。這些結(jié)核的直徑通常在0.1至0.5毫米。該圖由掃描電子顯微鏡拍攝得來，但色彩并非真實(shí)的顏色。圖片來源：Hang Yu/加州理工大學(xué)
加州理工學(xué)院的微生物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種以錳為食，且以之作為能量來源的細(xì)菌。人們?cè)谝粋€(gè)多世紀(jì)以前便預(yù)言了這種微生物的存在，然而直至今日它們才真正被人發(fā)現(xiàn)。
“這是第一種被發(fā)現(xiàn)的以錳作為能量來源的細(xì)菌，”加州理工學(xué)院的環(huán)境微生物學(xué)教授Jared Leadbetter說道。他與博士后學(xué)者Hang Yu在《自然》雜志上合作發(fā)表論文，詳細(xì)描述了他們的發(fā)現(xiàn)?！白匀唤缰械奈⑸锲婷畹囊幻婢褪撬鼈兛梢源x看上去不可能利用的物質(zhì)，例如金屬，并產(chǎn)生可供細(xì)胞使用的能量。”
這項(xiàng)研究也揭示了這種細(xì)菌可以利用錳元素將二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，這種過程也被稱作化能合成作用。在此之前，研究者們知道一些細(xì)菌和真菌可以將錳元素氧化（也即是奪取它們的電子），但他們也僅僅是推測(cè)某些還未被發(fā)現(xiàn)的微生物可能會(huì)利用這一過程來促進(jìn)自己的生長(zhǎng)。
Leadbetter在一次偶然的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了這種細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)用到了粉筆狀的錳條，他當(dāng)時(shí)將一個(gè)沾上了這種錳的玻璃罐放在了他在加州理工學(xué)院辦公室的水槽里，將其泡上自來水后便離開學(xué)校在校外工作了幾個(gè)月。在他回來的時(shí)候，這個(gè)罐子便已覆蓋上了一層深色的物質(zhì)。
“我當(dāng)時(shí)想，這是什么，”他解釋說，“我開始懷疑是不是一些被人們尋找了很久的微生物在搗鬼，于是我們便開始系統(tǒng)性地展開了試驗(yàn)來搞明白這個(gè)問題。”
這層黑色的覆蓋層事實(shí)上是被這種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌所氧化的錳，而這種細(xì)菌很可能來自于自來水?！坝凶C據(jù)表明這些生物的親戚們就生活在地下水中，并且帕薩迪那市（Pasadena）的部分飲用水就是從這些本地含水層中抽取出來的，”他說道。

圖片來源：Pixabay
錳是地球表面含量最為豐富的元素之一。錳的氧化物通常以一種深色的塊狀物的形式在自然界中廣泛存在，它們?cè)诘叵鲁练e物中也有被發(fā)現(xiàn)，在供水系統(tǒng)中亦可以形成。
“有大量的環(huán)境工程學(xué)文獻(xiàn)都在討論飲用水供給系統(tǒng)被錳氧化物堵塞的情況，”Leadbetter說道，“然而這種物質(zhì)是如何形成的，為何形成的，卻仍然是一個(gè)謎。顯然，很多的科學(xué)家都考慮過以錳作為能源的微生物可能是罪魁禍?zhǔn)?，但直到如今我們才有證據(jù)支持這一想法?！?br> 這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可以幫助研究者們更好地了解地下水中的地質(zhì)化學(xué)過程。我們知道細(xì)菌可以降解地下水中的污染物，這一過程被稱作生物修復(fù)。在這一過程中，數(shù)種關(guān)鍵的生物會(huì)“還原”錳氧化物，也即是說它們會(huì)給錳提供電子，就類似于人類如何利用空氣中的氧氣一般?？茖W(xué)家們?cè)缇驮趹岩蛇@些錳氧化物最開始是從哪里來的了。
“我們所發(fā)現(xiàn)的這種細(xì)菌可以產(chǎn)生錳氧化物，因而它們?cè)谙硎茏陨淼纳顣r(shí)也為其他微生物提供了進(jìn)行反應(yīng)所需要的物質(zhì)，而這些反應(yīng)又被我們?nèi)祟惪醋鍪怯幸娌⑶倚枰?，”Leadbetter說道。
這一研究發(fā)現(xiàn)還可能幫助人們了解在海床上星羅棋布分布的錳結(jié)核。這種最大能有葡萄柚大小的圓形的金屬球早在1870年代英國(guó)皇家海軍挑戰(zhàn)者號(hào)（HMS Challenger）進(jìn)行科考航行時(shí)便被海洋學(xué)者們所知曉了。自那時(shí)起，這種結(jié)核便在世界許多海域的海底都有發(fā)現(xiàn)。由于這些結(jié)核內(nèi)部常常富集有一些稀有的金屬，因而近些年來，礦業(yè)公司也已經(jīng)制定了開采利用這些結(jié)核的計(jì)劃。

圖片來源：Pixabay
但是關(guān)于這些結(jié)核最初是如何形成的，人們卻知道得很少。 Yu和Leadbetter目前懷疑是否是一些與他們?cè)诘兴l(fā)現(xiàn)的這種細(xì)菌類似的微生物起到了某些作用。他們正計(jì)劃繼續(xù)調(diào)查研究這一謎團(tuán)?！斑@強(qiáng)調(diào)了我們需要在這些海洋錳結(jié)核因?yàn)椴傻V而大量減少之前更好地了解它們，”Yu說道。
同樣來自加州理工學(xué)院但并沒有參與這項(xiàng)研究的地質(zhì)生物學(xué)教授Woodward Fischer說：“這一來自Jared和Hang的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了我們了解地球元素循環(huán)的一大片空白，同時(shí)又給錳這種奇妙又常見的過渡金屬元素塑造我們星球上的生物進(jìn)化的多樣途徑增添了新的內(nèi)容?！?br> 翻譯：馬新雨
審校：郝豪
引進(jìn)來源：加州理工大學(xué)
引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-07-bacteria-metal-diet-dirty-glassware.html


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