在肮脏的玻璃器皿中发现具有金属饮食的细菌

2020-07-17 05:09:40

加州理工大学微生物学家发现了以锰为食并以锰为卡路里来源的细菌。这样的微生物在一个多世纪前就被预测存在了,但到目前为止还没有发现或描述过任何一种微生物。加州理工大学环境微生物学教授贾里德·利德贝特(Jared LeadBetter)表示,这些是第一批发现以锰为燃料的细菌。他与博士后学者杭宇(Hang Yu)合作,在7月16日的“自然”(Nature)杂志上描述了这一发现。自然界中微生物的一个奇妙的方面是,它们可以代谢看似不太可能的物质,如金属,产生对细胞有用的能量。

这项研究还显示,细菌可以利用锰将二氧化碳转化为生物质,这一过程被称为化学合成。此前,研究人员知道有细菌和真菌可以氧化锰,或者剥夺锰的电子,但他们只是推测,尚未被识别的微生物可能能够利用这一过程来推动生长。在此之前,研究人员已经知道了可以氧化锰或剥夺锰的电子的细菌和真菌,但他们只是推测,尚未鉴定的微生物可能能够利用这一过程来推动生长。

LeadBetter在使用一种轻的、粉笔状的锰进行了无关的实验后,偶然发现了这种细菌。在离开加州理工学院去校外工作几个月之前,他把一个沾满这种物质的玻璃瓶留在了加州理工学院办公室的水槽里浸泡在自来水中。当他回来时,罐子里覆盖着一层深色的材料。

我想,那是什么?他解释道。我开始怀疑是否长期被追捧的微生物是罪魁祸首,所以我们系统地进行了测试,以找出答案。

事实上,黑色的涂层是由新发现的细菌产生的氧化锰,这些细菌很可能来自细菌本身。他说,有证据表明,这些生物的近亲生活在地下水中,帕萨迪纳的部分饮用水是从当地含水层抽出的。

锰是地球表面最丰富的元素之一。氧化锰以黑色块状物质的形式存在,在自然界中很常见;它们在地下沉积物中被发现,也可以在供水系统中形成。

利德贝特说,有一整套关于饮用水分配系统堵塞的环境工程文献。但是,这些材料是如何产生的,原因是什么,仍然是一个谜。显然,许多科学家认为细菌利用锰作为能量可能是罪魁祸首,但是直到现在才有证据支持这一观点。

这一发现有助于研究人员更好地了解地下水的地球化学。众所周知,细菌可以降解地下水中的污染物,这一过程被称为生物修复。在这样做的时候,几个关键的生物体会还原锰氧化物,这意味着它们会向它提供电子,这与人类利用空气中的氧气的方式类似。科学家们想知道氧化锰最初是从哪里来的。

利德贝特说,我们发现的微生物可以产生这种物质,因此他们的生活方式也可以为其他微生物提供所需的物质,以进行我们认为有益和可取的反应。

研究结果也可能与理解散布在大部分海底的锰结核有关。这些圆形的金属球可以和柚子一样大,早在19世纪70年代英国皇家海军挑战者号(HMS Challenger)的巡航中,海洋研究人员就知道了。从那时起,这样的结核被发现排列在地球上许多海洋的底部。近年来,矿业公司一直在制定计划,以收获和开采这些结核,因为在这些结核中经常发现有稀有金属富集。

但对于结核是如何形成的,人们从一开始就知之甚少。Yu和LeadBetter现在想知道,与他们在淡水中发现的微生物相似的微生物是否会起到作用,他们计划进一步调查这一谜团。俞敏洪说,这强调了在采矿摧毁海洋锰结核之前更好地了解它们的必要性。

没有参与这项研究的加州理工大学地球生物学教授伍德沃德·费舍尔(Woodward Fischer)表示,贾里德和亨的这一发现填补了我们对地球元素周期理解的一个重大知识空白,并增加了这种深奥但常见的过渡金属塑造地球生命进化的不同方式。