北美首頁 | 新聞 | 時尚 | 大陸 | 美國 | 娛樂 | 體育 | 財經 | 圖片 | 移民 | 微博 | 健康
加密貨幣歡迎試用
Value Engine Stock Forecast
ENTER SYMBOL(S)

首次發現以錳爲食的細菌

http://finance.sina.com   2020年07月26日 18:47   北京新浪網

  來源:原理

  科學史上最著名的“偶然”大概要數青黴素的故事。生物學家亞歷山大·弗萊明經常忘記給細菌培養皿蓋蓋子,讓細菌培養基無意間被青黴孢子污染,結果無意促成了人類最偉大的發現之一。類似的故事其實並不少見。今天的故事也是一個要從“馬虎的偶然”說起的故事。(我們曾介紹過另一項由失誤和“拖延”開始的研究,詳見《一次失誤 + 一次拖延 = 一個新發現》。)

  Jared Leadbetter是加州理工學院的一位環境微生物學教授。一次,他用一些碳酸錳進行了實驗。實驗結束後,他覺得清洗有些麻煩,便把沾滿這種物質的玻璃瓶灌滿水想先浸泡一下,然後放在辦公室的水槽裏便離開了。但隨後的幾個月,他都在校外忙於工作,一直沒有回到辦公室。

  當他終於回來的時候,水槽裏“糟糕”的一幕浮現在他眼前,玻璃瓶上出現了一層黑色的物質。這恰恰引起了Leadbetter教授的好奇,他想知道這些東西是什麼,微生物跟它會不會有什麼關係。

  隨後他和博士後研究員Hang Yu進行了實驗分析,首次發現了以錳爲食的細菌,這些細菌會將金屬作爲能量來源。兩人將新發現的兩種細菌分別命名爲Candidatus Manganitrophus noduliformans和Ramlibacter lithotrophicus。這類微生物在一個多世紀前就被預言存在,但直到現在才被發現並確認。這項研究已於近日發表在《自然》雜誌上。

落射熒光顯微鏡捕捉到氧化錳上的兩種新發現的細菌物種(紫紅色和綠色)。| 圖片來源:H。 Yu & J.R。 Leadbetter/Nature落射熒光顯微鏡捕捉到氧化錳上的兩種新發現的細菌物種(紫紅色和綠色)。| 圖片來源:H。 Yu & J.R。 Leadbetter/Nature

  錳是地球上最豐富的元素之一,它經常以氧化錳的形式出現在自然界中。氧化錳是一種黑色的團塊狀物質,從地殼的沉積物到洋底深處,它們幾乎“無處不在”。除此之外,許多環境工程的文獻會提到,飲用水的配水系統會被錳氧化物堵塞,但這些物質是如何產生的,以及爲什麼會在那裏產生,一直是個謎。許多科學家懷疑,用錳作爲能量來源的細菌可能是“罪魁禍首”。

  自然中的許多微生物擁有一些驚人的能力,它們可以代謝看似不可能的物質,比如金屬。科學家很早就發現,細菌能夠從不少化學元素那裏“借到”電子,比如氮、硫和鐵。在一些情況下,細菌甚至可以用這些電子來產生對細胞有用的能量,就像人類利用碳水化合物的電子來獲得能量一樣。如果細菌從錳那裏獲得電子時,它們應該就會將錳變成黑色的氧化錳。但這僅僅是推測,科學家一直沒能找到證據證明細菌可以利用錳來驅動生長。

氧化錳小結核的掃描電子顯微照相圖。| 圖片來源:H。 Yu/Caltech氧化錳小結核的掃描電子顯微照相圖。| 圖片來源:H。 Yu/Caltech

  而這次,Leadbetter看到的玻璃瓶上的黑色物質正是由細菌產生的氧化錳。Leadbetter和Yu首先在玻璃瓶中發現了約70個細菌物種,它們很可能是自來水中的細菌。

  隨後,兩位科學家分離出了Candidatus Manganitrophus noduliformansRamlibacter lithotrophicus這兩種新的細菌。當這兩種細菌都存在時,就會產生氧化錳。它們可能都來源於自來水,因爲有證據表明,這些生物的近親生活在地下水中,而帕薩迪納(加州理工所在地)的飲用水有一部是從當地含水層中抽取的。

  研究還表明,這些細菌可以利用錳將二氧化碳轉化爲生物量,這個過程被稱爲化能合成。如果提供碳酸錳,這些細菌就會呈指數增長。當細菌種羣規模增加時,氧化錳產生的速率也隨之增加。

  但研究人員尚不確定這兩個細菌物種的具體角色,它們究竟是共同“合作”產生能量,還是其中某一種起到了主要作用,而另一種只是“搭了順風車”。這也是研究人員接下來希望揭開的謎團之一。

  這一發現能幫助科學家更好地瞭解地下水的地球化學,它填補了我們對地球元素循環認識上的一個重大的空白,並讓我們理解了錳這種過渡金屬塑造地球上生命演化的更多方式。

  衆所周知,一些細菌可以降解地下水中的污染物,這一過程被稱爲生物修復。在生物修復中,一些關鍵的生物會還原氧化錳,也就是說,它們會向氧化錳提供電子,就像人類利用空氣中的氧氣一樣。現在科學家知道了這些氧化錳的來源,就能開始尋找更好的辦法來控制它們。

  這項研究結果也可能會幫助我們瞭解分佈在海底的錳結核。早在19世紀70年代英國海軍研究船“挑戰者”號巡航時,海洋研究人員就發現了這些圓形的金屬球。從那時起,在洋底的許多地方都發現了類似的結核。近年來,礦業公司一直在計劃開採利用結核,因爲稀有金屬通常會集中在這裏,但人們對它們形成機理卻知之甚少。Leadbetter下一步也想了解,與淡水微生物相似的一些微生物,是否也在海底結核的形成中起到了作用。

  用Leadbetter的話說:“讓我們看看能不能在其他環境中發現這些微生物,而不止是在我的水槽裏。”

Bookmark and Share
|
關閉
列印