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        細(xì)菌的雙重生命  靠鐵和純電力生活
        
			
        
				2019-02-12 09:25:30
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        RIKEN可持續(xù)資源科學(xué)中心和東京大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，當(dāng)鐵 - 其已知的能量來源 - 不存在時(shí)，細(xì)菌Acidithiobacillus ferrooxidans可以直接從電極電源獲取生長(zhǎng)所需的電子。這項(xiàng)發(fā)表在微生物學(xué)前沿的研究表明，A。ferrooxidans可以直接吸收電極中的電子來為相同的代謝途徑提供燃料，這種途徑是由可擴(kuò)散的鐵離子氧化而激活的。
        

        細(xì)菌的雙重生命  靠鐵和純電力生活
        

        就像具有葉綠素的植物利用光合作用將能量從光轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)所需的糖一樣，其他類似生物的動(dòng)物 - 通過從周圍環(huán)境中的物質(zhì)中獲取電子來獲得制造糖的能量 - 這一過程稱為化學(xué)合成。以這種方式獲得能量的生物稱為化學(xué)營(yíng)養(yǎng)生物，那些通過氧化無機(jī)物質(zhì)獲得電子的生物被稱為化學(xué)自養(yǎng)生物。光養(yǎng)生物和化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物構(gòu)成了兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)。
        

        “我們正在研究第三種生態(tài)系統(tǒng)的可能性，”小組負(fù)責(zé)人Ryuhei Nakamura解釋道。“我們稱之為電子生態(tài)系統(tǒng)，因?yàn)槲⑸锘顒?dòng)主要靠直流電流來維持。”
        

        最近，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了由水力噴射通風(fēng)口形成的黑煙囪煙囪壁上的地電流，這表明一些深海微生物可能會(huì)成為電子自養(yǎng)生物的兩倍，這些生物體可以利用電勢(shì) - 這意味著他們只是吃電子 - 作為能源而不是光或周圍的無機(jī)物質(zhì)。
        

        因?yàn)樵谶@種環(huán)境中獲取微生物并不容易，并且為了驗(yàn)證能夠?qū)⒛茉磸臒o機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為電能的假設(shè)在微生物世界中并不是獨(dú)一無二的，研究小組試驗(yàn)了一種已知氧化的化學(xué)自養(yǎng)細(xì)菌A.ferrooxidans。鐵離子(Fe2 +)。
        

        該團(tuán)隊(duì)在無Fe2 +環(huán)境中培養(yǎng)了A.ferrooxidans，并提供了電極電壓為+0.4 V，二氧化碳作為碳源，氧氣作為電子受體的電極。他們發(fā)現(xiàn)這些條件產(chǎn)生的電流來自電極，電流強(qiáng)度取決于電極上連接了多少細(xì)胞。用紫外光殺死細(xì)胞會(huì)立即抑制電流。
        

        為了確定這種電流是如何產(chǎn)生的，他們使用了人工光化學(xué)反應(yīng)。通常，一氧化碳附著在A.ferrooxidans外膜中的血紅素蛋白上并防止氧化。但是，當(dāng)暴露在光線下時(shí)，這種鍵斷裂，氧化作用繼續(xù)照常進(jìn)行。在測(cè)試時(shí)，一氧化碳還可以防止電極和A.氧化亞鐵硫桿菌細(xì)胞之間形成的電流和暴露在光線下使該塊逆轉(zhuǎn)并使電流流動(dòng)。這表明A.ferrooxidans所顯示的電合成需要血紅素蛋白。
        

        進(jìn)一步的分析表明，負(fù)責(zé)的血紅素蛋白是aa3復(fù)合物，已知它在產(chǎn)生ATP的A.ferrooxidans的下山電子轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用，并且質(zhì)子動(dòng)力允許上坡電子轉(zhuǎn)移和碳固定 - 這些標(biāo)志糖生產(chǎn)。作為上坡轉(zhuǎn)移過程的一部分的蛋白質(zhì)復(fù)合物的抑制抑制了電流，表明產(chǎn)生的質(zhì)子 - 動(dòng)力確實(shí)用于上山電子傳輸。另外，用電極培養(yǎng)8天的細(xì)胞的光密度隨時(shí)間增加，表明生長(zhǎng)，并且從電極流向細(xì)胞的電子產(chǎn)生的電流用于碳固定。
        

        “現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了氧化亞鐵硫桿菌中電解自養(yǎng)生物的代謝途徑，我們將能夠?qū)⑦@些知識(shí)應(yīng)用于我們?cè)谏詈ＭL(fēng)口中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌，”Nakamura說。“下一步是在現(xiàn)場(chǎng)深海實(shí)驗(yàn)中證明電生態(tài)系統(tǒng)的存在。”了解電生態(tài)系統(tǒng)以及電流如何支持生命可以利用燃料電池，電池和熱電轉(zhuǎn)換器等技術(shù)為可持續(xù)的人類生態(tài)系統(tǒng)制定藍(lán)圖。
        
			

			
          
        
			
        
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