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食用金属的细菌

来源:环球科学

加州理工学院的团队发现的细菌产生的锰氧化物结核。这些结核的直径通常在0.1至0.5毫米。该图由扫描电子显微镜拍摄得来,但色彩并非真实的颜色。图片来源:Hang Yu/加州理工大学
加州理工学院的微生物学家们发现了一种以锰为食,且以之作为能量来源的细菌。人们在一个多世纪以前便预言了这种微生物的存在,然而直至今日它们才真正被人发现。
“这是第一种被发现的以锰作为能量来源的细菌,”加州理工学院的环境微生物学教授Jared Leadbetter说道。他与博士后学者Hang Yu在《自然》杂志上合作发表论文,详细描述了他们的发现。“自然界中的微生物奇妙的一面就是它们可以代谢看上去不可能利用的物质,例如金属,并产生可供细胞使用的能量。”
这项研究也揭示了这种细菌可以利用锰元素将二氧化碳转化为生物质,这种过程也被称作化能合成作用。在此之前,研究者们知道一些细菌和真菌可以将锰元素氧化(也即是夺取它们的电子),但他们也仅仅是推测某些还未被发现的微生物可能会利用这一过程来促进自己的生长。
Leadbetter在一次偶然的实验中发现了这种细菌。实验用到了粉笔状的锰条,他当时将一个沾上了这种锰的玻璃罐放在了他在加州理工学院办公室的水槽里,将其泡上自来水后便离开学校在校外工作了几个月。在他回来的时候,这个罐子便已覆盖上了一层深色的物质。
“我当时想,这是什么,”他解释说,“我开始怀疑是不是一些被人们寻找了很久的微生物在捣鬼,于是我们便开始系统性地展开了试验来搞明白这个问题。”
这层黑色的覆盖层事实上是被这种新发现的细菌所氧化的锰,而这种细菌很可能来自于自来水。“有证据表明这些生物的亲戚们就生活在地下水中,并且帕萨迪那市(Pasadena)的部分饮用水就是从这些本地含水层中抽取出来的,”他说道。
图片来源:Pixabay
锰是地球表面含量最为丰富的元素之一。锰的氧化物通常以一种深色的块状物的形式在自然界中广泛存在,它们在地下沉积物中也有被发现,在供水系统中亦可以形成。
“有大量的环境工程学文献都在讨论饮用水供给系统被锰氧化物堵塞的情况,”Leadbetter说道,“然而这种物质是如何形成的,为何形成的,却仍然是一个谜。显然,很多的科学家都考虑过以锰作为能源的微生物可能是罪魁祸首,但直到如今我们才有证据支持这一想法。”
这项发现可以帮助研究者们更好地了解地下水中的地质化学过程。我们知道细菌可以降解地下水中的污染物,这一过程被称作生物修复。在这一过程中,数种关键的生物会“还原”锰氧化物,也即是说它们会给锰提供电子,就类似于人类如何利用空气中的氧气一般。科学家们早就在怀疑这些锰氧化物最开始是从哪里来的了。
“我们所发现的这种细菌可以产生锰氧化物,因而它们在享受自身的生活时也为其他微生物提供了进行反应所需要的物质,而这些反应又被我们人类看做是有益并且需要的,”Leadbetter说道。
这一研究发现还可能帮助人们了解在海床上星罗棋布分布的锰结核。这种最大能有葡萄柚大小的圆形的金属球早在1870年代英国皇家海军挑战者号(HMS Challenger)进行科考航行时便被海洋学者们所知晓了。自那时起,这种结核便在世界许多海域的海底都有发现。由于这些结核内部常常富集有一些稀有的金属,因而近些年来,矿业公司也已经制定了开采利用这些结核的计划。
图片来源:Pixabay
但是关于这些结核最初是如何形成的,人们却知道得很少。 Yu和Leadbetter目前怀疑是否是一些与他们在淡水中所发现的这种细菌类似的微生物起到了某些作用。他们正计划继续调查研究这一谜团。“这强调了我们需要在这些海洋锰结核因为采矿而大量减少之前更好地了解它们,”Yu说道。
同样来自加州理工学院但并没有参与这项研究的地质生物学教授Woodward Fischer说:“这一来自Jared和Hang的发现填补了我们了解地球元素循环的一大片空白,同时又给锰这种奇妙又常见的过渡金属元素塑造我们星球上的生物进化的多样途径增添了新的内容。”
翻译:马新雨
审校:郝豪
引进来源:加州理工大学
引进链接:https://phys.org/news/2020-07-bacteria-metal-diet-dirty-glassware.html 
本文来自:环球科学
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